物理学家为什么想在月球上建造粒子对撞机？环境太适合来源：新浪科技
新浪科技新闻，北京时间，6月11日，据国外媒体报道，随着对宇宙工作方式的探索越来越深入，粒子物理实验变得越来越复杂。为了揭示最小的亚原子粒子的秘密，物理学家必须将对撞机和探测器的温度保持在尽可能低的水平，并尽可能多地移除空气以使它们保持静止，从而获得可靠的结果。
美国国家航空航天局(美国航天局)最近启动了商业月球有效载荷服务计划(CLPS)，该计划旨在找到未来能够发送到月球表面的最佳有效载荷，包括用于基础科学研究的仪器等。这是洛克希德马丁公司商用月球着陆器的概念图。
因此，一些物理学家建议，如果我们跳过这些，如果我们直接在月球上进行粒子物理实验会发生什么？今年早些时候，在预先打印好的数据库arXiv上发表的一篇论文认为，月球实际上是一个非常适合高能物理研究的地方。
首先，月亮非常冷，温度可能非常低。这里没有大气和水，所以没有介质将阳光的热量从一个地方传递到另一个地方。晚上，当太阳落到月球地平线以下时，温度将降至零下73摄氏度——，这是地球上典型的低温实验环境。白天，月亮的温度会上升一点，达到38摄氏度以上。然而，正如月球陨石坑的阴影也隐藏着水冰一样，在月球上，你只需要一点点阴影来冷却自己。在没有空气和水的情况下，没有阳光直射的地方是冷的。
物理学家需要如此低的温度是有原因的。在粒子加速器中，低温确保超导磁体不会自行熔化。超导磁体被用来把粒子扔进加速器，以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小信号时要处理的噪声就越大。更多的热量相当于更多的分子振动，这相当于更多的噪音。
除了寒冷的温度，月球没有大气层的事实也是一个重要的优势。在地球上，物理学家必须泵出加速器和探测器中的所有空气，因为你不想让接近光速的粒子在实验开始前与一个游离的氮分子碰撞。月球的真空环境比物理学家在实验室创造的任何条件都好10倍以上，这是自然的，不需要任何努力。
最后，由于潮汐锁定，月球的自转周期与它围绕地球的自转时间相同，所以月球总是指向地球的同一边。这意味着月球的粒子束指向地球的探测实验室，并且它不需要非常努力地调整设置来利用长距离。
月球中微子工厂
也许月球上物理实验最有希望的用途是作为中微子的来源。中微子是幽灵般的微小粒子，没有电荷，几乎没有质量。这使它们能够几乎不被注意地穿过正常物质——。每时每刻，数千亿个中微子穿过你的身体，你什么也感觉不到。
因为这个特性，中微子很难研究和理解。这种粒子是在核反应中大量产生的，所以我们可以在月球上建造一座核电站，由此产生的中微子将迅速飞向地球，地球上的物理学家可以收集它们进行研究。
中微子的一个恼人而神秘的特征是它们可以在飞行过程中改变它们的类型(在物理学术语中，它们改变它们的“味道”，中微子的三种“味道”分别是电中微子、中微子和中微子)。通过将中微子的产生和检测与远距离分离开来，我们给了更多的中微子改变它们“口味”的机会，从而更好地理解这种行为。月球可能是中微子的完美来源：它离我们足够远，可以远距离分离，但同时又足够近，可以捕获足够多的中微子用于实际研究(如果有任何问题，设备故障也可以排除)。
谁需要地球？
如果我们能在月球上建立一个物理实验装置，那么我们也能向地球发射除中微子以外的物体，比如宇宙射线。即使是目前最强大的粒子对撞机也无法达到自然产生和发射宇宙射线的能量(如果估计正确，我们甚至无法达到这种能量的十亿分之一)。每时每刻，大量高能亚原子粒子从外层空间咆哮着进入地球大气层，撞击气体分子，并在到达地面前释放出大量粒子副产品。
宇宙射线来自宇宙中一些最具能量的来源(如超新星)，但人们对它们的了解仍然有限。物理学家正在想象一种真正可用的装置——宇宙射线枪。我们可以在其他地方制造这些高能粒子，然后将它们发射到地球大气层，这样我们就可以进行研究。把这个装置放到月球上怎么样？通过在月球上产生大量高能粒子，然后将它们射入地球大气层，我们可以观察到对地面的影响，从而更好地理解宇宙的高能面。
但为什么就此打住？为什么不把探测器放在月球上？在月球上建立一个完整的粒子物理实验，包括发射源、加速器和探测器，比地球上的类似系统有优势。在地球上，物理学家面临的主要瓶颈是如何获得高度受控的真空，这使得地球上的实验相对紧凑。但是在月球上，你可以免费得到真空吸尘器。这个真空比粒子对撞机实验中使用的真空要好。物理学家可以建造所需尺寸的实验设备，而不用担心气泵的投资。这是一个巨大的优势。
当然，登陆月球和在月球上建造复杂的实验装置可能会遇到相当大的技术挑战，但是一旦这个问题得到解决，物理学可能会迎来一个巨大的突破。
