Első hallásra inkább egy nagyszabású sci-fi történetének tűnik, pedig komoly fizikai megfontolások állnak mögötte: kutatók egy olyan gigantikus részecskegyorsító lehetőségét vizsgálták, amely gyakorlatilag körbeérné a Holdat. A közel 11 ezer kilométeres berendezés akár ezerszer nagyobb energiájú ütközéseket is lehetővé tehetne, mint amire napjaink legerősebb részecskegyorsítója, a CERN Nagy Hadronütköztetője képes. A megvalósítás ugyanakkor még rendkívül távoli jövő.
Miért kellene részecskegyorsító a Holdra?
A modern részecskefizika egyik alapvető problémája, hogy minél mélyebbre szeretnénk látni az anyag szerkezetében, annál nagyobb energiákra van szükségünk. A jelenlegi csúcstechnológiát a Genf közelében működő Large Hadron Collider, vagyis az LHC képviseli.
Az ilyen berendezésekben részecskenyalábokat gyorsítanak közel fénysebességre, majd egymásnak ütköztetik őket. Az ütközések során keletkező részecskéket hatalmas detektorok figyelik, az adatokból pedig a fizikusok az anyag legalapvetőbb törvényszerűségeire következtethetnek.
Az LHC egyik legismertebb eredménye a Higgs-bozon 2012-es felfedezése volt. A fizika azonban ezzel távolról sem ért a történet végére. Továbbra sem tudjuk például pontosan, miből áll a sötét anyag, és számos kérdés vár válaszra az univerzum korai fejlődésével, illetve az ismert részecskefizikai modelleken túli jelenségekkel kapcsolatban.
A nagyobb ütközési energia újabb kapukat nyithatna meg.
Közel 11 ezer kilométeres lenne a holdi gyorsító
Egy 2022-ben ismertetett koncepció szerint a Hold kiváló helyszínt biztosíthatna egy minden eddiginél nagyobb részecskegyorsítónak. A rendszer lényegében követné a Hold kerületét, így a gyorsító gyűrűje csaknem 11 000 kilométer hosszúságú lehetne.
Az összehasonlítás kedvéért a CERN LHC-jének kerülete körülbelül 27 kilométer. Vagyis a holdi szerkezet méretét tekintve teljesen más kategóriát képviselne.
A koncepció szerint a gigantikus gyorsító akár ezerszer nagyobb energiájú részecskeütközéseket is lehetővé tehetne, mint az LHC. Ez olyan energiatartományt nyitna meg a kutatók előtt, amelyet ma kísérleti úton egyszerűen nem tudunk elérni.
De miért pont a Hold?
Adódik a kérdés: ha egyszer ilyen gépet szeretnénk építeni, miért kellene több százezer kilométerre vinni a Földtől?
Az egyik legkézenfekvőbb válasz a méret.
Egy több mint tízezer kilométer hosszúságú földi részecskegyorsító megépítése elképesztő nehézségekbe ütközne. Országhatárokon, lakott területeken, hegységeken, vízbázisokon és eltérő geológiai területeken kellene átvezetni, nem beszélve a politikai, környezetvédelmi és tulajdonjogi problémákról.
A Hold ebből a szempontból egészen más környezet.
A felszín alatt elméletileg jóval szabadabban lehetne kialakítani egy óriási, kör alakú alagútrendszert. A Hold geológiai szempontból is stabilabb környezetet biztosíthat, miközben a gyorsító energiaellátásához a napenergia is felhasználható lenne.
A vákuumért sem kellene annyit küzdeni
A Hold további hatalmas előnye maga a környezet.
A részecskegyorsítók működéséhez rendkívül jó vákuumra van szükség. Ha ugyanis a nagy energiájú részecskenyaláb folyamatosan gázmolekulákba ütközne, nem lehetne megfelelően fenntartani és irányítani.
A Hold gyakorlatilag légkör nélküli környezete ebből a szempontból különösen érdekes. Ez természetesen nem jelenti azt, hogy egyszerűen ki lehetne tenni a gyorsítócsövet a felszínre, és készen is lennénk: az extrém hőmérséklet-ingadozások, a sugárzás, a holdpor és a mikrometeoritok miatt komoly mérnöki védelemre lenne szükség.
A megfelelően kialakított holdi infrastruktúra azonban hosszabb távon különleges környezetet biztosíthatna a részecskefizikai kutatásokhoz.
Mire lenne jó egy ezerszer erősebb gyorsító?
Talán ez az egész elképzelés legizgalmasabb része. Jelenleg ugyanis senki sem tudja biztosan megmondani, mit találnánk egy ennyivel magasabb energiatartományban.
Pontosan ez lenne a kísérlet lényege.
A részecskefizikusok olyan új részecskéket és kölcsönhatásokat kereshetnének, amelyek a jelenlegi gyorsítók számára elérhetetlenek. Egy ilyen berendezés új információkat szolgáltathatna az univerzum fejlődéséről és nagyléptékű szerkezetéről, valamint olyan jelenségekre is fényt deríthetne, amelyekre ma még csak elméleti modellek utalnak.
Ráadásul könnyen elképzelhető, hogy a legfontosabb felfedezések éppen olyan dolgok lennének, amelyeket jelenleg még keresni sem tudunk.
A tudomány történetében erre számtalan példa akadt: egy új mérési tartomány megnyitása gyakran olyan jelenségeket hozott felszínre, amelyek létezését korábban senki sem feltételezte.
Mérnöki szempontból szinte felfoghatatlan vállalkozás lenne
A fizikai lehetőség és a tényleges megvalósíthatóság között azonban óriási szakadék húzódik.
Egy közel 11 ezer kilométeres holdi alagút kiépítéséhez teljesen új bányászati és építési technológiákra, automatizált robotokra, hatalmas energiatermelő infrastruktúrára és minden bizonnyal jelentős helyi nyersanyag-feldolgozásra lenne szükség.
Szinte elképzelhetetlen lenne ugyanis a berendezéshez szükséges összes építőanyagot, mágnest, vezetéket és szerkezeti elemet a Földről felszállítani.
Egy ilyen projekt reálisan csak akkor kerülhetne napirendre, amikor már tartós emberi és ipari jelenlét létezik a Holdon.
A becslések szerint maga az építkezés is több mint húsz évig tarthatna, és csak egy már kiépült holdi infrastruktúrára támaszkodva lehetne elkezdeni. Emiatt egyáltalán nem biztos, hogy egy ilyen gyorsító még ebben az évszázadban elkészülhet.
A Hold egyszer még a tudomány legnagyobb laboratóriumává válhat
A holdi részecskegyorsító jelenleg tehát nem egy elfogadott, finanszírozott építési projekt, hanem egy rendkívül ambiciózus tudományos-mérnöki koncepció. Mégis jól mutatja, milyen léptékben gondolkodhat az emberiség akkor, ha a következő évtizedekben valóban sikerül állandó jelenlétet kialakítani a Holdon.
A Föld kísérleti fizikai infrastruktúrájának mérete előbb-utóbb gyakorlati korlátokba ütközhet. A világűrben viszont egészen más léptékek válnak elképzelhetővé.
Egy Holdat körbeölelő részecskegyorsító ma még futurisztikus elképzelés. Ugyanakkor az LHC vagy akár maga a holdraszállás is nehezen elképzelhető technológiai vállalkozásnak tűnt volna néhány generációval a megvalósításuk előtt.
Ha pedig az emberiség egyszer valóban megépít egy több mint tízezer kilométeres részecskegyorsítót a Holdon, az nem egyszerűen egy újabb tudományos műszer lesz. Könnyen lehet, hogy olyan ablakot nyit majd az univerzum működésére, amely mögött ma még azt sem tudjuk, mit kellene keresnünk.
