Фізики з університету дьюка і церну впевнені, що гігантська структура може з’явитися вже в наступному столітті. Їх проект, опублікований на сайті наукових статей і препринтів arxiv, стверджує, що місяць добре підходить для вивчення фізики високих енергій.
Коллайдери частинок зіштовхують кванти, такі як протони і електрони, на високих швидкостях. На землі деякі з таких споруд мають круглу форму, наприклад, великий адронний коллайдер (бак) в швейцарії. Інші побудовані у вигляді прямих ліній. Обидва варіанти конструкцій допомагають частинкам досягати феноменальної швидкості.
З енергії зіткнення можуть формуватися інші кванти і частинки, в тому числі великі. Наприклад, бозон хіггса-фундаментальна частинка, яка допомагає надавати масу іншим елементарним частинкам.
художня концепція місячного коллайдера. Зображення: alyse markel
Таким чином, наявність додаткового простору для створення більшого і потужного коллайдера потенційно може призвести до відкриття інших нових частинок. Ці частинки допоможуть об’єднати розрізнені фізичні ідеї і просунути нас до більш повного розуміння всесвіту. Мегаструктура на місяці, що займає до 11 000 км по колу, може забезпечити енергію зіткнення протон-протон до 14 пев, а це приблизно в 1000 разів більше, ніж у бак — найпотужнішого колайдера частинок на землі.
” у нас вже занадто багато відкритих питань в науці і фізиці елементарних частинок, і більше немає теоретичних натяків на те, куди потрібно рухатися, щоб їх вирішити», — говорить джеймс бічем, фізик елементарних частинок, що працює в університеті дьюка, який допомагав теоретизувати місячний коллайдер.
За словами вченого, при запуску величезного місячного величезного коллайдера збільшується ймовірність відкриття наступного бозона хіггса. Також можна буде продовжити вивчення процесу зародження всесвіту.
В першу чергу, на місяці дуже холодно. Вночі температура опускається до -73 с, а вдень в тіні місячних кратерів знаходиться лід, тобто без повітря і води місця, захищені від прямих сонячних променів, залишаються холодними.
Фізикам необхідні такі низькі температури: в таких умовах надпровідні магніти, які розганяють частинки в прискорювачі майже до швидкості світла, не розплавляться, а чим гаряче детектор, тим з більшою кількістю шуму доводиться мати справу, намагаючись виділити сигнали від частинок.
Крім низьких температур, той факт, що місяць не має атмосфери, також є великою перевагою. На місяці вакуум в 10 разів краще, ніж у всіх пристроях, які фізики коли-небудь створили, причому для його досягнення не потрібно докладати ніяких зусиль.
схематична можлива траєкторія (чорна лінія) місячного коллайдера. На зображенні зліва в центрі знаходиться північний полюс місяця, праворуч-південний полюс. Оригінальні топографічні зображення були побудовані з використанням даних, зібраних lunar reconnaissance orbiter camera. Зображення: james beacham / frank zimmermann
Крім того, через приливної блокування місяць весь час повернута до землі однією і тією ж стороною, тобто зв’язок установки з лабораторіями на землі може бути безперервною.
За планом авторів проекту, спочатку потрібно відправити на місяць фахівців для проведення досліджень. Вченим потрібно буде розуміти, які матеріали доступні на місяці і що потрібно буде привезти з землі. Однак транспортування інструментів і будівельних матеріалів в космосі неймовірно дорога: одні тільки машини для буріння тунелів можуть важити більше 1200 тонн. За оцінками nasa, відправка на орбіту землі кожних 4,5 кг корисного вантажу коштує близько $700.
Також доведеться зрозуміти, як колайдер буде обертатися навколо місяця. В якості траєкторії можна взяти окружність сфероїда в будь-якій точці або місці, тому колайдеру не потрібно обходити найширшу частину місяця. Вчені кажуть, що, наприклад, навколо місяця є великі кругові маршрути, які дозволяють уникнути зміни висоти.
Ще знадобиться налагодити виробничу інфраструктуру. Спочатку видобуток матеріалів матиме найвищий пріоритет. Найкращим варіантом для коллайдера на місяці було б використання високотемпературних надпровідників на основі заліза, тому що схоже, що місяць повний доступного заліза.
Крім того, колайдеру буде потрібно так багато енергії, що навіть всієї існуючої ядерної енергії на землі буде недостатньо. За оцінками, місячний колайдер буде споживати десятки тераватт енергії(все людство щодня споживає близько 15 терават). Тут вчені пропонують використовувати сферу дайсона для отримання максимуму сонячної енергії-уявну космічну “надбудову”, яка може безпосередньо вловлювати енергію найближчої зірки.
Також знадобиться знайти кращий спосіб передати великі обсяги даних з місяця на землю. Що ще важливіше, крім невеликої бригади для технічного обслуговування, люди на землі повинні будуть мати можливість керувати колайдером.
В цілому, вчені оцінюють перспективи будівництва гігантського коллайдера частинок на супутнику землі, як цілком реальні протягом наступних 150 років. І в цьому випадку фізику очікує великий прорив.
