空间粒子对撞机的理由：轨道基础设施作为通向大统一能量标度的路径

粒子物理学的标准模型已由大型强子对撞机以极高的精度验证。然而，它仍未解决物理学中一些最基本的问题：暗物质的本质、层级问题以及力的统一。已经提出了多个下一代地面对撞机，例如未来环形对撞机，其质心能量将达到约100 TeV，然而，预期能观察到大一统理论和弦理论迹象的能量标度（10^11-10^13 TeV）仍然比任何地面设施的能力高出数个数量级。我们认为，通往这些能量前沿的道路不可避免地通向太空。通过检查环形质子对撞机的基本标度律，我们确定需要半径为10^3-10^5公里的对撞机才能进入PeV-EeV能区。此外，基于空间的对撞机受益于几乎免费的超高真空（在1000公里以上高度，< 10^10 粒子/立方米）、被动低温冷却、减少地质和政治限制，以及最重要的——大幅减少主导地面低温功率预算的热力学惩罚。我们调查了现有的地球外对撞机提案，推导了轨道对撞机星座的数量级需求，并根据当前和近期航天器在编队飞行、发电和精密姿态控制方面的能力评估了可行性。我们得出结论，轨道基础设施的最新发展——特别是为基于空间的数据中心开发的吉瓦级轨道电力架构——正与基于空间的巨型对撞机的需求趋同，这使得进行认真的可行性研究成为必要，并有望为通往现代物理学的核心问题提供一条更确定的路径。