為什麼物理學家想在月球上建造粒子對撞機

隨着我們深入探索宇宙的內部運作,我們的粒子物理實驗變得越來越複雜。

為了揭示最微小的亞原子粒子的秘密,物理學家必須將對撞機和探測器調到儘可能低的温度,儘可能多地清除空氣,並使它們儘可能保持靜止,才能得到可靠的結果。

所以至少有一位物理學家在問:如果我們跳過所有這些,在月球上建立我們的粒子物理實驗會怎麼樣?

今年早些時候的一份提案認為,月球實際上是一個相當適合進行高能物理研究的地方。

首先,天氣很冷。非常冷。

沒有大氣和水,就沒有東西可以將陽光的熱量從一個地方輸送到另一個地方。

在夜間,太陽低於地平線,温度下降到零下73攝氏度,在地球上典型的低温設置範圍內。

在白天,天氣會變得稍微熱一些,達到38攝氏度以上。

但是,正如隱藏在月球隕石坑陰影中的冰所證明的那樣,你需要做的就是讓自己涼快一點。

同樣,由於沒有空氣和水,沒有陽光直射的地區非常寒冷。

物理學家需要這樣的低温有幾個原因。

在加速器中,低温確保了超導磁鐵--用來將加速器內的粒子拋到接近光速的速度--不會自行熔化。

其次,探測器越熱,在試圖梳理出亞原子粒子的微小信號時,你必須處理的噪音就越多。

除了寒冷的氣温,月球沒有大氣層的事實也是一個重大的福音。

物理學家們必須把所有的空氣從他們的加速器和探測器中抽出來,他們不會想讓你的近光速粒子在你還沒有開始之前就撞上了徘徊的氮分子。

但是月球上的真空比物理學家在實驗中製造的任何東西都要好100倍。

它會很自然地做到這一點,一點也不費力。

最後,由於潮汐鎖定,這意味着我們的衞星主體繞其軸線(自轉週期)旋轉所需的時間,與繞地球公轉所需的時間相同,月球始終保持同一張臉指向地球。

這意味着月球粒子束可以指向地球上的探測實驗室,利用長距離的優勢,而不必非常努力地調整設置。

月球中微子工廠。

也許,月球物理實驗最有希望的用途是作為中微子的來源。

中微子是幽靈般的、敏捷的小粒子,不帶電荷,幾乎沒有任何質量。

這使它們能夠在幾乎沒有察覺的情況下掠過正常物質--數千億箇中微子現在正在穿過你的身體,而你什麼都感覺不到。

不用説,中微子很難研究和理解。

它們是在核反應中大量製造的,所以只需在月球上安裝一座核電站,然後讓它裂開即可。

它產生的中微子會跑到地球上,在那裏我們可以把它們撿起來進行研究。

中微子一個令人惱火和神秘的特性是,它們能夠在飛行時改變類型(或物理學行話中的“味道”)。

通過遠距離分離中微子的產生和探測,我們讓更多的中微子有機會“改變口味”,我們可以更好地理解這一行為。

月球是一個完美的來源:它足夠遠,我們可以到達很遠的距離,但又足夠近,我們可以捕獲足夠數量的中微子來進行真正的研究(如果出現問題,可能還會對設備進行故障排除)。

每一天的每一秒,高能粒子都會尖叫着進入我們的大氣層,撞倒幾個分子,並在撞擊地面之前釋放出大量的粒子副產品。

這些粒子被稱為宇宙射線,它們來自宇宙中能量最高的一些來源(比如超新星),但人們對它們知之甚少。

因此,我們真正可以使用的是宇宙射線槍--在其他地方製造它們,然後將它們發射到我們的大氣層中,這樣我們就可以研究它們。

…怎麼樣。

月亮?。

月球上的一個設施可以產生大量的高能粒子,將它們射入我們的大氣層,讓我們從地面觀察由此產生的陣雨,幫助我們更好地理解宇宙的這一高能一面。

但為什麼要止步於此呢?

為什麼不乾脆把探測器也放在月球上呢?

一個完整的粒子物理實驗,在月球上有源、加速器和探測器,與地面系統相比有幾個優點。

這裏的頭號瓶頸是需要一個高度可控的真空,這限制了地球實驗的相對緊湊。

但是在月球上,你可以免費獲得真空吸塵器。

這種真空度比粒子對撞機實驗中使用的真空度要好得多。

你可以隨心所欲地建造你的設施,而不需要一次投資於一個氣泵。

這是相當大的優勢。

實際到達月球並在月球上建立複雜的實驗是一個小小的技術挑戰,但一旦解決了這個問題,物理學可能會看到一個巨大的、基於月球的推動。

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