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SHiP(Search for Hidden Particles)은 유럽입자물리학연구소 CERN의 SPS 가속기를 이용해서 1 GeV 이하부터 수 GeV까지의 질량을 가진 숨겨진 입자를 탐색하고자 제안된 실험(P-350)이다. 총 길이 약 150 m의 SHiP은 매우 약하게 상호작용하는, 무거운 중성 렙톤 (HNL) 등의 새로운 입자들을 찾도록 설계되었다. 이 입자들은 400 GeV의 양성자 빔이 표적을 때려서 만들어질 수 있고, 진공 붕괴관에서 붕괴하면 SHiP 검출기가 붕괴과정을 재구성하고 입자를 확인한다. 또한 SHiP은 원자핵 건판을 이용해서 타우 중성미자도 연구하는데, 총 2 $\times$ 10$^{20}$개의 양성자가 표적에 충돌하면 약 3500개의 타우 중성미자가 관측될 것으로 예상된다. 특히 반-타우 중성미자를 최초로 관측할 것으로 기대한다. 최근 한국 그룹이 결성되어 SHiP 실험에 정식으로 합류했다. 이 논문에서는 SHiP 실험의 물리학과 실험 설계에 대해 설명하고 한국 그룹이 기여하고자 하는 바에 대해서 소개한다.
The SHiP (Search for Hidden Particles) is a newly-proposed experiment (P-350) at the CERN SPS to explore hidden particles with mass from sub-GeV up to O(10) GeV. This long detector with a total length of about 150 m is designed to search for very-weakly-interacting long-lived particles, such as heavy neutral leptons (HNL). These particles should be produced in a proton beam dump at 400 GeV and decay in a long, evacuated, decay volume, and the SHiP detector will perform full reconstruction and particle identification for the decay products. Moreover, the facility is suited to studying tau neutrinos by using an emulsion target. About 3500 tau neutrinos are expected for integrated 2 $\times$ 10$^{20}$ protons on target. Especially, anti-tau neutrinos are expected to be observed for the first time in this experiment. Recently, a Korean group was formed and joined the SHiP Collaboration. In this paper, the physics and the design of the SHiP experiment, including our possible contributions, are presented.
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Hidden particle, Heavy neutral lepton, Vector portal, Scalar portal, Tau neutrino
