Der CO100-Fußabdruck einer zukünftigen Higgs-Fabrik könnte je nach gewähltem Design und Standort um fast den Faktor XNUMX variieren. Zu diesem Ergebnis kommt eine Analyse europäischer Physiker, die die möglichen Nachfolger des Large Hadron Collider (LHC) des CERN untersucht haben. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass das vorgeschlagene Zukünftiger Circular Collider (FCC), das am CERN angesiedelt und mit dem LHC verbunden wäre, wäre am umweltfreundlichsten, da es weniger Energie verbrauchen und weniger Kohlenstoffemissionen pro erzeugtem Higgs-Boson erzeugen würde als konkurrierende Designs (arXiv: 2208.10466).
Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 am LHC planen Teilchenphysiker den Bau eines leistungsstärkeren Teilchenbeschleunigers. Die zukünftige Maschine, bekannt als Higgs-Fabrik, würde Elektronen mit Positronen zerschlagen, um eine detailliertere Untersuchung der Eigenschaften des Higgs-Bosons und anderer Teilchen zu ermöglichen.
Derzeit gibt es fünf Vorschläge für einen hochenergetischen Positronen-Elektronen-Kollider Internationaler Linearcollider (ILC) in Japan, der Cool Copper Collider (C3) in den USA und der Kompakter Linearcollider am CERN basieren alle auf Linearbeschleunigern. Die FCC und die China Electron Positron Collider (CEPC) in China hingegen sind kreisförmige Beschleuniger.
Es gibt verschiedene Argumente über die physikalischen Möglichkeiten der verschiedenen Collider-Designs, aber CERN-Teilchenphysiker Patrick Janot und sein Kollege Alain Blondel argumentieren, dass aufgrund des hohen Energieverbrauchs eines zukünftigen Colliders auch die erheblichen Umweltauswirkungen der Entwürfe berücksichtigt werden sollten.
„Wir schlagen vor, dass zukünftige Hochenergiephysikprojekte nicht nur die Kosten und die Leistung des Colliders, sondern auch seinen COXNUMX-Fußabdruck pro physikalischem Ergebnis berücksichtigen und diese Daten bei der Konstruktion und Auswahl des ‚besten‘ Colliders verwenden.“ Janot erzählte Physik-Welt.
Forscher analysieren den COXNUMX-Fußabdruck des geplanten Neutrino-Experiments
In ihrer Analyse stellte das Duo fest, dass das FCC das energieeffizienteste Design war und für jedes von ihm produzierte Higgs-Boson 3 MWh Strom verbrauchte. Das nächstbeste war das CEPC mit 4.1 MWh pro Higgs-Boson, während das energieintensivste Design das C3 (18 MWh/Higgs-Boson) ist.
Anschließend untersuchten die Forscher die Kohlenstoffintensität der Stromerzeugung in den verschiedenen Ländern, in der Hoffnung, einen künftigen Hochenergie-Collider zu beherbergen. Die FCC schnitt erneut am besten ab und emittierte 0.17 Tonnen CO2 Äquivalente (t CO2 Äq.) pro erzeugtem Higgs-Boson. Der ILC hingegen würde rund 50-mal mehr CO produzieren2 Äquivalente (9.4 t CO2 Gl. pro Higgs-Boson). Die geringen Emissionen der FCC sind zum Teil darauf zurückzuführen, dass etwa 80 % der in Frankreich erzeugten Energie aus Kernkraftwerken stammt und daher größtenteils kohlenstofffrei ist.
Das Team stellte fest, dass der CO1.8-Fußabdruck des FCC weiter verbessert werden könnte, wenn das Design die Anzahl der Interaktionspunkte von zwei auf vier erhöhen würde. In diesem Szenario würde jedes produzierte Higgs-Boson 0.1 MWh Energie verbrauchen und XNUMX Tonnen CO ausstoßen2 Äquivalente.
Janot fügt hinzu, dass sich die Analyse auf die Umweltauswirkungen der physikalischen Ergebnisse und den Energieverbrauch beim Betrieb der geplanten Higgs-Fabrik konzentriert. Er fügt hinzu, dass es Teil einer viel größeren Machbarkeitsstudie zum FCC ist, die unter anderem die Umweltauswirkungen verschiedener Phasen des Projekts abdecken wird. Dazu gehören beispielsweise der Tunnelbau sowie die Installation und der Betrieb der Collider. Er weist jedoch darauf hin, dass „der Energieverbrauch während des Betriebs den größten Beitrag zum COXNUMX-Fußabdruck eines Hochenergie-Colliders leistet“.
Andere Faktoren
Physiker Kumiko Kotera von der Universität Sorbonne in Paris, die eine Analyse des potenziellen COXNUMX-Fußabdrucks des Projekts Giant Array for Neutrino Detection (GRAND) durchgeführt hat, sagte Physik-Welt dass der Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen pro Higgs-Boson ein sinnvoller Vergleich sind. Kotera erklärte jedoch, dass für eine genauere Analyse des COXNUMX-Fußabdrucks neben dem Energieverbrauch des Colliders auch der Energieverbrauch im Zusammenhang mit Datenanalysen und Simulationen sowie anderen damit verbundenen digitalen Technologien wie der Datenspeicherung berücksichtigt werden müsse.
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Kotera fügt hinzu, dass bei einer vollständigen Analyse auch die internationalen Reisen ihrer Mitglieder berücksichtigt werden müssen, obwohl sie vermutet, dass diese weniger energieintensiv wären als der Betrieb von Beschleunigern und digitale Technologien.
Janot stimmt zu, dass noch mehr getan werden kann, und fügt hinzu, dass CERN an Möglichkeiten arbeitet, seinen COXNUMX-Fußabdruck zu reduzieren. Dazu gehören unter anderem die Energierückgewinnung, die Steuerung des Stromverbrauchs zur Maximierung der Nutzung kohlenstoffarmer Quellen sowie Möglichkeiten zur Entwicklung internationaler Kooperationen, die Reisen minimieren.
