Kulstofaftrykket for en fremtidig Higgs-fabrik kan variere med næsten en faktor 100, afhængigt af det valgte design og dets placering. Det er konklusionen på en analyse foretaget af fysikere i Europa, som har studeret de potentielle efterfølgere til CERNs Large Hadron Collider (LHC). Forskerne konkluderer, at den foreslåede Fremtidig Circular Collider (FCC), som ville være baseret på CERN og knyttet til LHC, ville være den mest miljøvenlige, da den ville forbruge mindre energi og producere lavere kulstofemissioner pr. produceret Higgs-boson end konkurrerende designs (arXiv: 2208.10466).
Efter opdagelsen af Higgs-bosonen i 2012 ved LHC planlægger partikelfysikere at bygge en mere kraftfuld partikelkolliderer. Den fremtidige maskine, kendt som en Higgs-fabrik, ville smadre elektroner med positroner for at tillade mere detaljeret undersøgelse af egenskaberne af Higgs-bosonen og andre partikler.
Der er i øjeblikket fem forslag til en højenergi positron-elektron kolliderer med International Lineær Collider (ILC) i Japan, Cool Copper Collider (C3) i USA og Kompakt lineær kolliderer hos CERN alt baseret på lineære acceleratorer. FCC og Kina Electron Positron Collider (CEPC) i Kina er i mellemtiden cirkulære kolliderer.
Der er forskellige argumenter omkring fysikmulighederne ved de forskellige kolliderdesigns, men CERN partikelfysiker Patrick Janot og hans kollega Alain Blondel hævder, at på grund af det høje energiforbrug for enhver fremtidig kolliderer, bør den betydelige miljøpåvirkning af designerne også tages i betragtning.
"Vi foreslår, at fremtidige højenergifysikprojekter ikke kun inkluderer omkostningerne og ydeevnen for kollideren, men også dens CO2-fodaftryk pr. fysikudfald, og at bruge disse data i designet og valget af den 'bedste' kolliderer." Janot fortalte Fysik verden.
Forskere analyserer kulstoffodaftryk fra planlagte neutrinoeksperimenter
I deres analyse fandt duoen ud af, at FCC var det mest energieffektive design, der forbrugte 3 MWh elektricitet for hver Higgs-boson, den producerede. Det næstbedste var CEPC på 4.1 MWh pr. Higgs-boson, mens det mest energikrævende design er C3 (18 MWh/Higgs-boson).
Forskerne undersøgte derefter kulstofintensiteten af elproduktion i de forskellige lande i håb om at være vært for en fremtidig højenergikolliderer. FCC var igen bedst og udledte 0.17 tons CO2 ækvivalenter (t CO2 eq.) pr. produceret Higgs-boson. ILC ville i mellemtiden producere omkring 50 gange mere CO2 ækvivalenter (9.4 t CO2 lign. pr Higgs boson). FCC's lave emissioner skyldes til dels, at omkring 80 % af den energi, der produceres i Frankrig, er fra atomkraftværker og derfor for det meste kulstoffri.
Holdet fandt ud af, at FCC's CO1.8-fodaftryk kunne forbedres yderligere, hvis designet øgede antallet af interaktionspunkter fra to til fire. I dette scenarie ville hver produceret Higgs-boson forbruge 0.1 MWh energi og udlede XNUMX ton COXNUMX2 ækvivalenter.
Janot tilføjer, at analysen fokuserer på miljøpåvirkningen af det fysiske resultat og energiforbruget ved driften af den foreslåede Higgs-fabrik. Han tilføjer, at det er en del af en meget større forundersøgelse af FCC, som blandt andet vil dække miljøpåvirkningen af forskellige faser af projektet. Dette vil for eksempel omfatte tunnelbygning og installation og drift af kollidererne. Men han påpeger, at "energiforbruget under drift er den største bidragyder til kulstofaftrykket fra en højenergikolliderer".
Andre faktorer
fysiker Kumiko Kotera fra Sorbonne University i Paris, som har udført en analyse af det potentielle CO2-fodaftryk for projektet Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), fortalte Fysik verden at energiforbrug og kulstofudledning pr Higgs boson er en fornuftig sammenligning. Kotera forklarede dog, at for at producere en mere nøjagtig CO2-fodaftryksanalyse ud over kolliderens energiforbrug, skal energiforbrug relateret til dataanalyse og simuleringer og andre forbundne digitale teknologier, såsom datalagring, også overvejes.
CERN godkender yderligere arbejde med Future Circular Collider - men udsætter den endelige beslutning
Kotera tilføjer, at en fuldstændig analyse også skal tage højde for medlemmernes internationale rejser, selvom hun har mistanke om, at dette ville være mindre energikrævende end kolliderende operationer og digitale teknologier.
Janot er enig i, at der kan gøres mere, og tilføjer, at CERN arbejder på måder at reducere sit CO2-fodaftryk. Disse omfatter blandt andet energigenvinding, styring af elforbruget for at maksimere brugen af kulstoffattige kilder samt måder at udvikle internationale samarbejder, der minimerer rejser.
