随着对宇宙运作方式的探索越来越深入,粒子物理实验也变得越来越复杂。为了揭示最微小的亚原子粒子的奥秘,物理学家必须使对撞机和探测器的温度尽可能低,并尽可能地去除多余空气,使它们保持静止,从而获得可靠的结果。 因此,有物理学家提出,如果我们跳过这些,直接在月球上进行粒子物理实验会怎么样?今年早些时候发表在预印本数据库arXiv上的一篇论文认为,月球实际上是一个很适合进行高能物理研究的场所。 首先,月球很冷,温度可以非常低。那里没有大气和水,因此就没有介质把阳光的热量从一个地方传输到另一个地方。夜间,当太阳落到月球的地平线以下时,温度会降到零下73摄氏度——在地球上典型的低温实验设置范围内。白天,月球温度会升高一些,达到38摄氏度以上。但是,正如月球陨石坑的阴影中也隐藏着水冰,在月球上,你只需要一点点阴凉就可以让自己冷却下来;在没有空气和水的条件下,没有阳光直射的地方就是寒冷的。 物理学家需要这样的低温是有原因的。在粒子加速器中,低温确保了超导磁体不会自行熔化。超导磁体的作用在于将粒子抛入加速器,使其达到接近光速的速度。其次,探测器的温度越高,从亚原子粒子中筛选出微小信号时所要处理的噪音就越大——更多的热量相当于更多的分子振动,也就等于更多的噪音。 除了寒冷的温度,月球没有大气层的事实也是一个重要优势。在地球上,物理学家必须把加速器和探测器里的空气全部抽出来,因为在实验开始之前,你可不希望接近光速的粒子撞向一个四处游荡的氮分子。月球的真空环境比物理学家在实验室中制造的任何条件都要好10倍以上,而且是自然而然的,不需要任何努力。 最后,由于潮汐锁定,月球的自转周期与其绕地球旋转的时间相同,因此月球始终保持同一面指向地球。这意味着月球的粒子束指向地球上的探测实验室,不需要非常辛苦地调整设置就能发挥长距离的优势。

