美國國家航空航天局（NASA）最近啟動了“商業(ye) 月球有效載荷服務計劃”（CLPS），其目的是尋找未來能送到月球表麵的最佳有效載荷，包括用於(yu) 基礎科學調查的儀(yi) 器等。這裏顯示的是洛克希德·馬丁公司的商用月球著陸器概念圖

　　新浪科技訊 北京時間6月11日消息，據國外媒體(ti) 報道，隨著對宇宙運作方式的探索越來越深入，粒子物理實驗也變得越來越複雜。為(wei) 了揭示最微小的亞(ya) 原子粒子的奧秘，物理學家必須使對撞機和探測器的溫度盡可能低，並盡可能地去除多餘(yu) 空氣，使它們(men) 保持靜止，從(cong) 而獲得可靠的結果。

　　因此，有物理學家提出，如果我們(men) 跳過這些，直接在月球上進行粒子物理實驗會(hui) 怎麽(me) 樣？今年早些時候發表在預印本數據庫arXiv上的一篇論文認為(wei) ，月球實際上是一個(ge) 很適合進行高能物理研究的場所。

　　首先，月球很冷，溫度可以非常低。那裏沒有大氣和水，因此就沒有介質把陽光的熱量從(cong) 一個(ge) 地方傳(chuan) 輸到另一個(ge) 地方。夜間，當太陽落到月球的地平線以下時，溫度會(hui) 降到零下73攝氏度——在地球上典型的低溫實驗設置範圍內(nei) 。白天，月球溫度會(hui) 升高一些，達到38攝氏度以上。但是，正如月球隕石坑的陰影中也隱藏著水冰，在月球上，你隻需要一點點陰涼就可以讓自己冷卻下來；在沒有空氣和水的條件下，沒有陽光直射的地方就是寒冷的。

　　物理學家需要這樣的低溫是有原因的。在粒子加速器中，低溫確保了超導磁體(ti) 不會(hui) 自行熔化。超導磁體(ti) 的作用在於(yu) 將粒子拋入加速器，使其達到接近光速的速度。其次，探測器的溫度越高，從(cong) 亞(ya) 原子粒子中篩選出微小信號時所要處理的噪音就越大——更多的熱量相當於(yu) 更多的分子振動，也就等於(yu) 更多的噪音。

　　除了寒冷的溫度，月球沒有大氣層的事實也是一個(ge) 重要優(you) 勢。在地球上，物理學家必須把加速器和探測器裏的空氣全部抽出來，因為(wei) 在實驗開始之前，你可不希望接近光速的粒子撞向一個(ge) 四處遊蕩的氮分子。月球的真空環境比物理學家在實驗室中製造的任何條件都要好10倍以上，而且是自然而然的，不需要任何努力。

　　最後，由於(yu) 潮汐鎖定，月球的自轉周期與(yu) 其繞地球旋轉的時間相同，因此月球始終保持同一麵指向地球。這意味著月球的粒子束指向地球上的探測實驗室，不需要非常辛苦地調整設置就能發揮長距離的優(you) 勢。

　　月球中微子工廠

　　對於(yu) 月球上的物理實驗，最有前景的用途或許就是作為(wei) 中微子的來源。中微子是一種幽靈般微小粒子，沒有電荷，也幾乎沒有質量。這使得它們(men) 能夠穿過正常的物質而幾乎不被察覺——每時每刻，數以千億(yi) 計的中微子正在穿過你的身體(ti) ，而你什麽(me) 也感覺不到。

　　由於(yu) 這種特點，中微子很難被研究和理解。這種粒子是在核反應中大量產(chan) 生的，因此我們(men) 可以在月球上建一座核電站，由此產(chan) 生的中微子會(hui) 迅速飛向地球，而地球上的物理學家就可以將它們(men) 收集起來進行研究。

　　中微子一個(ge) 惱人而神秘的特性是，它們(men) 能夠在飛行時改變類型（用物理學術語來說就是改變“味”，中微子的三種“味”分別是電中微子、μ中微子和τ中微子）。通過遠距離分離中微子的產(chan) 生和探測，我們(men) 讓更多的中微子有了改變“味”的機會(hui) ，從(cong) 而更好地理解這種行為(wei) 。月球可以作為(wei) 一個(ge) 完美的中微子來源：它離我們(men) 足夠遠，可以進行遠距離分離，但同時又足夠近，可以捕獲足夠多的中微子來進行實際研究（如果出現什麽(me) 問題的話，也可以排除設備故障）。

　　誰還需要地球呢？

　　如果能夠在月球上建立物理實驗裝置，那我們(men) 還可以向地球發射中微子以外的其他物體(ti) ，比如宇宙射線。即使是目前最強大的粒子對撞機，也達不到自然產(chan) 生並發射宇宙射線的能量（如果估計準確的話，我們(men) 甚至無法接近這些能量的十億(yi) 分之一）。每時每刻，都有大量來自外太空的高能亞(ya) 原子粒子呼嘯著進入地球的大氣層，撞擊氣體(ti) 分子，並在到達地麵之前釋放出大量的粒子副產(chan) 物。

　　宇宙射線來自於(yu) 宇宙中能量最強的一些源（比如超新星），但人們(men) 對它們(men) 的了解還很有限。物理學家們(men) 正在暢想一種真正可以利用的裝置——宇宙射線槍。我們(men) 可以在其他地方製造出這些高能粒子，然後將它們(men) 發射到地球的大氣層中，這樣就可以進行研究。將這個(ge) 裝置放在月球怎麽(me) 樣？通過在月球上產(chan) 生大量的高能粒子，再將它們(men) 射向地球大氣層，可以讓我們(men) 在地麵上觀察由此產(chan) 生的效應，從(cong) 而更好地了解宇宙的高能一麵。

　　但是，為(wei) 什麽(me) 要止步於(yu) 此呢？為(wei) 什麽(me) 不將探測器也放在月球上？在月球上設置一個(ge) 完整的粒子物理實驗，包括發射源、加速器和探測器等，都比地球上的同類係統更有優(you) 勢。在地球上，物理學家麵臨(lin) 的首要瓶頸就是如何獲得高度控製的真空，地球上的實驗也因此變得相對緊湊。但在月球上，你可以免費獲得真空。這種真空比在粒子對撞機實驗中使用的真空效果更好。物理學家可以將實驗設備建設成想要的大小，而不用擔心在氣泵上的投資。這是一個(ge) 巨大的優(you) 勢。

　　當然，登上月球並在月球上建造複雜的實驗裝置可能會(hui) 遇到不小的技術挑戰，但一旦這個(ge) 問題得到解決(jue) ，物理學或許將迎來巨大的突破。

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