中微子一个恼人而神秘的特性是,它们能够在飞行时改变类型(用物理学术语来说就是改变“味”,中微子的三种“味”分别是电中微子、μ中微子和τ中微子)。通过远距离分离中微子的产生和探测,我们让更多的中微子有了改变“味”的机会,从而更好地理解这种行为。月球可以作为一个完美的中微子来源:它离我们足够远,可以进行远距离分离,但同时又足够近,可以捕获足够多的中微子来进行实际研究(如果出现什么问题的话,也可以排除设备故障)。
谁还需要地球呢?
如果能够在月球上建立物理实验装置,那我们还可以向地球发射中微子以外的其他物体,比如宇宙射线。即使是目前最强大的粒子对撞机,也达不到自然产生并发射宇宙射线的能量(如果估计准确的话,我们甚至无法接近这些能量的十亿分之一)。每时每刻,都有大量来自外太空的高能亚原子粒子呼啸着进入地球的大气层,撞击气体分子,并在到达地面之前释放出大量的粒子副产物。
宇宙射线来自于宇宙中能量最强的一些源(比如超新星),但人们对它们的了解还很有限。物理学家们正在畅想一种真正可以利用的装置——宇宙射线枪。我们可以在其他地方制造出这些高能粒子,然后将它们发射到地球的大气层中,这样就可以进行研究。将这个装置放在月球怎么样?通过在月球上产生大量的高能粒子,再将它们射向地球大气层,可以让我们在地面上观察由此产生的效应,从而更好地了解宇宙的高能一面。
但是,为什么要止步于此呢?为什么不将探测器也放在月球上?在月球上设置一个完整的粒子物理实验,包括发射源、加速器和探测器等,都比地球上的同类系统更有优势。在地球上,物理学家面临的首要瓶颈就是如何获得高度控制的真空,地球上的实验也因此变得相对紧凑。但在月球上,你可以免费获得真空。这种真空比在粒子对撞机实验中使用的真空效果更好。物理学家可以将实验设备建设成想要的大小,而不用担心在气泵上的投资。这是一个巨大的优势。
当然,登上月球并在月球上建造复杂的实验装置可能会遇到不小的技术挑战,但一旦这个问题得到解决,物理学或许将迎来巨大的突破。(任天)