يمكن أن تختلف البصمة الكربونية لمصنع Higgs المستقبلي بمقدار 100 عامل تقريبًا ، اعتمادًا على التصميم المختار وموقعه. هذا هو استنتاج تحليل أجراه علماء الفيزياء في أوروبا الذين درسوا الخلفاء المحتملين لمصادم الهادرونات الكبير (LHC) التابع للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN). استنتج الباحثون أن المقترح المصادم الدائري المستقبلي (FCC) ، التي سيكون مقرها في CERN وترتبط بمصادم الهادرونات الكبير ، ستكون الأكثر ملاءمة للبيئة لأنها ستستهلك طاقة أقل وتنتج انبعاثات كربون أقل لكل بوزون هيغز المنتج من التصاميم المنافسة (أرخايف: 2208.10466).
بعد اكتشاف بوزون هيغز في عام 2012 في مصادم الهدرونات الكبير ، يخطط علماء فيزياء الجسيمات لبناء مصادم جسيمات أقوى. ستعمل الآلة المستقبلية ، المعروفة باسم مصنع هيغز ، على تحطيم الإلكترونات بالبوزيترونات للسماح بإجراء تحقيق أكثر تفصيلاً في خصائص بوزون هيغز والجسيمات الأخرى.
يوجد حاليًا خمسة مقترحات لمصادم البوزيترون والإلكترون عالي الطاقة ، مع المصادم الخطي الدولي (ILC) في اليابان ، ومصادم النحاس البارد (C3) في الولايات المتحدة و مصادم خطي مدمج في CERN تعتمد جميعها على مسرعات خطية. إن FCC و مصادم الإلكترون والبوزيترون الصيني (CEPC) في الصين ، هي مصادمات دائرية.
هناك حجج مختلفة حول الفرص الفيزيائية لتصميمات المصادم المختلفة ، لكن فيزيائي الجسيمات CERN باتريك جانوت يجادل وزميله آلان بلونديل أنه نظرًا لارتفاع استهلاك الطاقة لأي مصادم مستقبلي ، يجب أيضًا مراعاة التأثير البيئي الكبير للتصميمات.
"نحن نقترح ألا تشمل مشاريع فيزياء الطاقة العالية المستقبلية تكلفة وأداء المصادم فحسب ، بل تشمل أيضًا بصمة الكربون لكل نتيجة فيزيائية ، واستخدام هذه البيانات في تصميم واختيار المصادم" الأفضل "،" قال جانوت عالم الفيزياء.
يحلل الباحثون البصمة الكربونية لتجربة النيوترينو المخطط لها
في تحليلهما ، وجد الثنائي أن FCC كان التصميم الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، حيث يستهلك 3 ميجاوات من الكهرباء لكل بوزون هيغز ينتجه. كان ثاني أفضل محرك CEPC عند 4.1 ميجاوات لكل بوزون هيجز ، في حين أن التصميم الأكثر كثافة للطاقة هو C3 (18 ميجاوات في الساعة / بوزون هيغز).
ثم قام الباحثون بفحص كثافة الكربون في إنتاج الكهرباء في البلدان المختلفة على أمل استضافة مصادم عالي الطاقة في المستقبل. كانت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) هي الأفضل مرة أخرى ، حيث انبعثت 0.17 طن من ثاني أكسيد الكربون2 مكافئات (t CO2 مكافئ) لكل بوزون هيغز. في غضون ذلك ، ستنتج ILC حوالي 50 مرة أكثر من ثاني أكسيد الكربون2 مكافئات (9.4 طن ثاني أكسيد الكربون2 مكافئ. لكل بوزون هيغز). يعود سبب انخفاض انبعاثات لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) جزئيًا إلى أن حوالي 80 ٪ من الطاقة المنتجة في فرنسا تأتي من المحطات النووية ، وبالتالي فهي خالية من الكربون في الغالب.
وجد الفريق أن البصمة الكربونية للجنة الاتصالات الفيدرالية يمكن تحسينها بشكل أكبر إذا زاد التصميم عدد نقاط التفاعل من نقطتين إلى أربع نقاط. في هذا السيناريو ، يستهلك كل بوزون هيغز المنتج 1.8 ميجاوات ساعة من الطاقة وينبعث 0.1 طن من ثاني أكسيد الكربون2 مرادف.
يضيف Janot أن التحليل يركز على التأثير البيئي لنتائج الفيزياء واستهلاك الطاقة لتشغيل مصنع Higgs المقترح. ويضيف أنه جزء من دراسة جدوى أكبر بكثير حول لجنة الاتصالات الفدرالية ، والتي ستغطي ، من بين أمور أخرى ، التأثير البيئي لمراحل مختلفة من المشروع. وسيشمل ذلك ، على سبيل المثال ، بناء الأنفاق وتركيب وتشغيل المصادمات. لكنه يشير إلى أن "استهلاك الطاقة أثناء التشغيل هو أكبر مساهم في البصمة الكربونية لمصادم عالي الطاقة".
عوامل أخرى
فيزيائي كوميكو كوتيرا من جامعة السوربون في باريس ، الذي أجرى تحليلًا للبصمة الكربونية المحتملة لمشروع المصفوفة العملاقة لاكتشاف النيوترينو (GRAND) ، قال عالم الفيزياء أن استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون لكل بوزون هيجز هو مقارنة معقولة. ومع ذلك ، أوضح Kotera أنه من أجل إنتاج تحليل أكثر دقة لبصمة الكربون بالإضافة إلى استهلاك الطاقة للمصادم ، فإن استهلاك الطاقة المرتبط بتحليل البيانات والمحاكاة والتقنيات الرقمية الأخرى المرتبطة ، مثل تخزين البيانات ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أيضًا.
CERN توافق على مزيد من العمل على Future Circular Collider - لكنها تؤخر القرار النهائي
تضيف Kotera أن التحليل الكامل يحتاج أيضًا إلى أن يأخذ في الاعتبار السفر الدولي لأعضائه ، على الرغم من أنها تشتبه في أن هذا سيكون أقل جوعًا للطاقة من عمليات المصادم والتقنيات الرقمية.
يوافق جانوت على أنه يمكن القيام بالمزيد ، مضيفًا أن CERN تعمل على إيجاد طرق لتقليل انبعاثات الكربون. وتشمل هذه ، من بين أمور أخرى ، استعادة الطاقة ، وإدارة استهلاك الكهرباء لتعظيم استخدام المصادر منخفضة الكربون وكذلك طرق تطوير التعاون الدولي الذي يقلل من السفر.
