1

Andrey Golutvin

Imperial College London

Зачем нужен эксперимент SHIP ?

Как устроен детектор и что он должен измерить

Как создается международная коллаборация для

создания и проведения большого эксперимента

Основные этапы и сколько времени займет

эксперимент

Что коллаборация SHIP ожидает от Яндекс ?

доклад Андрея Устюжаниниа

Научное сотрудничество между SHIP

и ШАД Яндекс

2

Стандартная Модель

3

Discovery of the Higgs boson

4

Discovery of the Higgs boson

By now we can establish it with a single decay channel!

e.g. H ZZ 4l

5

6

Физика частиц детально объясняет как все многообразие наблюдаемой

сегодня Вселенной развилось из плотного и горячего начального

состояния

7

Однако Стандартная Модель неполна

Нейтрино, которые считались

безмассовыми в СМ, имеют массу и

могут менять свой тип

Большая часть массы Вселенной не

состоит из известных элементарных

частиц - темная материя

Во Вселенной отсутствует анти-

материя

8

Стандартная Модель сегодня:

9

Массивные нейтрино

Добавление в теорию трех новых фундаментальных частиц, Майорановских

тяжелых лептонов, может решить все проблемы Стандартной Модели

(nMSM) :

N1 – темная материя

N2,3 – нужны для объяснения ненулевой массы нейтрино и отсутствия анти-

материи во Вселенной

• Ахмедов, Безруков, Боярский, Горбунов, Рубаков, Ручайский, Смирнов, Ткачев, Шапошников, ...

• Asaka, Dodelson, Fuller, Laine, Widrow, ...

10

Сигнал от распада темной материи

Тонкая спектральная линия

11

Космический рентгеновский спектрометр –

эксперимент, способный открыть новую

страницу в развитии фундаментальной физики

•Спектральное разрешение: DE / E ~ 0.1%

•Диапазон энергий : 0.5 - 25 keV 12

Запуск запланирован

в 2015 г.

13 13

Two recent publications in

arXiv:

• arXiv 1402.2301

Detection of an unidentified

emission line in the stacked

X-ray spectrum of Galaxy Clusters,

Eg ~ 3.56 keV

• arXiv 1402.4119

An unidentified line in X-ray

spectra of the Andromeda

galaxy and Perseus galaxy

cluster, Eg ~ 3.5 keV

New line in photon galaxy spectrum ???

Will soon be checked by

Astro-H with better energy

resolution

С помощью протонных и электронных пучков высокой

интенсивности можно детектировать стерильные нейтрино

с массами в диапазоне от нескольких МэВ до нескольких

десятков ГэВ

Обнаружение таких частиц может дать прямую проверку и

объяснение происхождения асимметрии между материей и анти-

материей во Вселенной, а также нейтринных осцилляций

Комбинация результатов экспериментов на ускорителях частиц

и в космосе способна обеспечить полную проверку новой модели

фундаментальной физики nMSM

Поиск редких частиц на ускорителях

14

15

Search for BSM physics: how and where ?

(BSM stands for Beyond the Standard Model)

Ускорительный комплекс ЦЕРНа

16

North Area site at CERN / Prevessin

17

18

Схема эксперимента SHIP

Initial reduction of beam induced backgrounds

- Heavy target (50 cm of W)

- Hadron absorber

- Muon shield: optimization of

active and passive shields is

underway

Acceptable occupancy <1% per spill

of 5×1013 p.o.t.

spill duration 1s < 50×106 muons

spill duration 10ms < 50×103 muons

spill duration 10ms < 500 muons

19

Схематический вид детектора SHIP

20

HNL

p+

m-

• Long vacuum vessel, 5 m diameter, 50 m length

Background from active neutrino interactions

becomes negligible at 0.01 mbar

• 10 m long magnetic spectrometer with 0.5 Tm

dipole magnet and 4 low material tracking chambers 20

• Reconstruction of the HNL decays in the final states: m-p+, m-r+ & e- p+

Requires long decay volume, magnetic spectrometer, muon detector

and electromagnetic calorimeter, preferably in surface building

Основные принципы идентификации частиц

21

Sensitivity to HNL: Um U2 = Ue2 + Um

2 + Ut2

22

Status of the SPSC review

23

7/ 1/ 14 10:18 AMSHIP Collaboration

Page 1 of 1http:/ / ship.web.cern.ch/ ship/

SHIP - Search for HIdden Particles

CERN, Universität Zürich, EPFL Lausanne, INFN Cagliari,Università Federico II and INFN Napoli, Imperial College London

Experiment to search for Heavy Neutral Leptons at the SPS

We propose a new fixed-target experiment at the CERN SPS accelerator to search for hidden particles. In particular, to search for Heavy Neutral Leptons(HNLs) produced in charm decays. HNLs are right-handed partners of the Standard Model neutrinos. The existence of such particles is strongly motivatedby theory, as they can simultaneously explain the baryon asymmetry of the Universe, account for the pattern of neutrino masses and oscillations, andprovide a Dark Matter candidate.

SHIP is currently a collaboration of six institutes: CERN, Universität Zürich, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, INFN Sezione di Cagliari,Università Federico II and INFN Napoli, Imperial College London. Groups interested in joining should contact Andrey Golutvin and Jaap Panman. Theextension of the collaboration will be discussed at the First SHIP Workshop which will take place in Zürich, 10-12 June 2014.

Expression of interest

response to the refereestex files and images

Twiki page

Documents

Meetings

Meetings of the weekAll meetings(Minutes attached to agendas, if available)Template for minutes writing (docx)First SHIP Workshop, 10-12 June 2014, Zürich

Presentations

FAQ (questions frequently asked during our seminars)

Mailing list

Collaboration Organisation

SHIP Logo - guidelines and resources

Social events

Software getting started page (FairShip)

Contact us

CERN - European Laboratory for Particle Physics, CH-1211, Genève 23, Switzerland

Last modified by EvH at Tue, 20 May 2014 08:02:42 GMT

ship.web.cern.ch/ship

24

25

Предложения об участии в коллаборации SHIP поступили от 41 группы из 15 стран,

включая ЦЕРН и институты из России, Швейцарии, Великобритании, Италии, Франции,

Германии, Голландии, Швеции, Дании, Болгарии, Турции, Японии, Чили, Бразилии, США

и Школы Анализа Данных Яндекс.

26

Planning schedule of the SHIP facility

A few milestones: Form SHIP collaboration June-September 2014

Technical proposal 2015

Technical Design Report 2018

Construction and installation 2018 – 2022

Commissioning 2022 - 2023

Data taking and analysis of 2×1020 pot 2023 - 2027

Scope of the Technical Proposal

Widen physics case both for the BSM and SM physics

Provide Conceptual Design Report (few options per sub-detector

is ok at this stage)

Detailed analysis of the sub-detector technologies complemented,

if really needed, with some RD studies of prototypes.

No large scale detector modules is expected at this stage. It is

however important to identify critical RD milestones for the TDR

A concept of Computing Model (с использованием технологий Яндекс ?)

Full simulation based sensitivity reach and background

evaluation for representative physics channels

Provide cost evaluation of the detector

Reach internal understanding who will do what for the Technical

Design Report

27

Какая помощь ожидается от ШАД Яндекс:

You are very welcome to help with the development

of the computing model (as well as in some other

areas …)

Main challenges and details of the model are to

be understood

Framework for the Monte Carlo simulation is very

urgent to be prepared Technical Proposal has

to be submitted in March 2015

Computing resources for MC simulations needed for

the background evaluation. This is also very urgent !

28

Вместо заключения …