Το αποτύπωμα άνθρακα ενός μελλοντικού εργοστασίου Higgs μπορεί να ποικίλλει σχεδόν κατά 100, ανάλογα με τον επιλεγμένο σχεδιασμό και την τοποθεσία του. Αυτό είναι το συμπέρασμα μιας ανάλυσης φυσικών στην Ευρώπη που μελέτησαν τους πιθανούς διαδόχους του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN. Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η προτεινόμενη Μελλοντικός Κυκλικός Επιταχυντής (FCC), το οποίο θα βασίζεται στο CERN και θα συνδέεται με τον LHC, θα είναι το πιο φιλικό προς το περιβάλλον καθώς θα καταναλώνει λιγότερη ενέργεια και θα παράγει χαμηλότερες εκπομπές άνθρακα ανά παραγόμενο μποζόνιο Higgs από τα ανταγωνιστικά σχέδια (arXiv: 2208.10466).
Μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012 στο LHC, οι φυσικοί των σωματιδίων σχεδιάζουν να κατασκευάσουν έναν πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων. Η μελλοντική μηχανή, γνωστή ως εργοστάσιο Higgs, θα συνέτριβε τα ηλεκτρόνια με ποζιτρόνια για να επιτρέψει πιο λεπτομερή διερεύνηση των ιδιοτήτων του μποζονίου Higgs και άλλων σωματιδίων.
Υπάρχουν επί του παρόντος πέντε προτάσεις για έναν επιταχυντή ποζιτρονίων-ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας, με το Διεθνής Γραμμικός Επιταχυντής (ILC) στην Ιαπωνία, το Cool Copper Collider (C3) στις ΗΠΑ και το Συμπαγής Γραμμικός Επιταχυντής στο CERN όλα βασίζονται σε γραμμικούς επιταχυντές. Η FCC και η Επιταχυντής ηλεκτρονίων ποζιτρονίων Κίνας (CEPC) στην Κίνα, εν τω μεταξύ, είναι κυκλικοί επιταχυντές.
Υπάρχουν διάφορα επιχειρήματα γύρω από τις ευκαιρίες φυσικής των διαφορετικών σχεδίων επιταχυντών, αλλά ο φυσικός σωματιδίων του CERN Πάτρικ Τζάνοτ και ο συνάδελφός του Alain Blondel υποστηρίζουν ότι λόγω της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας οποιουδήποτε μελλοντικού επιταχυντή, θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη οι σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις των σχεδίων.
«Προτείνουμε τα μελλοντικά έργα φυσικής υψηλής ενέργειας να περιλαμβάνουν όχι μόνο το κόστος και την απόδοση του επιταχυντή, αλλά και το αποτύπωμα άνθρακα ανά φυσικό αποτέλεσμα, και να χρησιμοποιηθούν αυτά τα δεδομένα στο σχεδιασμό και την επιλογή του «καλύτερου» επιταχυντή». είπε ο Janot Κόσμος Φυσικής.
Οι ερευνητές αναλύουν το αποτύπωμα άνθρακα του προγραμματισμένου πειράματος νετρίνων
Στην ανάλυσή τους, το δίδυμο διαπίστωσε ότι το FCC ήταν το πιο ενεργειακά αποδοτικό σχέδιο, καταναλώνοντας 3 MWh ηλεκτρικής ενέργειας για κάθε μποζόνιο Higgs που παρήγαγε. Το επόμενο καλύτερο ήταν το CEPC με 4.1 MWh ανά μποζόνιο Higgs, ενώ το πιο ενεργοβόρο σχέδιο είναι το C3 (18 MWh/μποζόνιο Higgs).
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν την ένταση άνθρακα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις διάφορες χώρες που ελπίζουν να φιλοξενήσουν έναν μελλοντικό επιταχυντή υψηλής ενέργειας. Η FCC ήταν και πάλι η καλύτερη, εκπέμποντας 0.17 τόνους CO2 ισοδύναμα (t CO2 εξ.) ανά παραγόμενο μποζόνιο Higgs. Η ILC, εν τω μεταξύ, θα παράγει περίπου 50 φορές περισσότερο CO2 ισοδύναμα (9.4 t CO2 εξ. ανά μποζόνιο Higgs). Οι χαμηλές εκπομπές της FCC οφείλονται εν μέρει στο ότι περίπου το 80% της ενέργειας που παράγεται στη Γαλλία προέρχεται από πυρηνικούς σταθμούς, και ως εκ τούτου κυρίως χωρίς άνθρακα.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι το αποτύπωμα άνθρακα του FCC θα μπορούσε να βελτιωθεί περαιτέρω εάν ο σχεδιασμός αύξανε τον αριθμό των σημείων αλληλεπίδρασης από δύο σε τέσσερα. Σε αυτό το σενάριο κάθε μποζόνιο Higgs που παράγεται θα καταναλώνει 1.8 MWh ενέργειας και θα εκπέμπει 0.1 τόνους CO2 ισοδύναμα.
Ο Janot προσθέτει ότι η ανάλυση επικεντρώνεται στον περιβαλλοντικό αντίκτυπο του αποτελέσματος της φυσικής και στην κατανάλωση ενέργειας από τη λειτουργία του προτεινόμενου εργοστασίου Higgs. Προσθέτει ότι είναι μέρος μιας πολύ μεγαλύτερης μελέτης σκοπιμότητας για το FCC, η οποία θα καλύπτει μεταξύ άλλων τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις διαφορετικών φάσεων του έργου. Αυτό θα περιλαμβάνει, για παράδειγμα, την κατασκευή σήραγγας και την εγκατάσταση και λειτουργία των επιταχυντών. Ωστόσο, επισημαίνει ότι «η κατανάλωση ενέργειας κατά τη λειτουργία είναι ο μεγαλύτερος παράγοντας που συμβάλλει στο αποτύπωμα άνθρακα ενός επιταχυντή υψηλής ενέργειας».
Άλλοι παράγοντες
Φυσικός Kumiko Kotera από το Πανεπιστήμιο της Σορβόννης στο Παρίσι, ο οποίος διεξήγαγε μια ανάλυση του πιθανού αποτυπώματος άνθρακα του έργου Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), είπε Κόσμος Φυσικής ότι η κατανάλωση ενέργειας και οι εκπομπές άνθρακα ανά μποζόνιο Higgs είναι μια λογική σύγκριση. Ο Kotera εξήγησε, ωστόσο, ότι για να παραχθεί μια πιο ακριβής ανάλυση αποτυπώματος άνθρακα εκτός από την κατανάλωση ενέργειας του επιταχυντή, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η κατανάλωση ενέργειας που σχετίζεται με ανάλυση δεδομένων και προσομοιώσεις και άλλες συνδεδεμένες ψηφιακές τεχνολογίες, όπως η αποθήκευση δεδομένων.
Το CERN εγκρίνει περαιτέρω εργασίες για το Future Circular Collider – αλλά καθυστερεί την τελική απόφαση
Η Kotera προσθέτει ότι μια πλήρης ανάλυση πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τα διεθνή ταξίδια των μελών της, αν και υποψιάζεται ότι αυτό θα ήταν λιγότερο ενεργοβόρο από τις επιχειρήσεις συγκρουόμενων και τις ψηφιακές τεχνολογίες.
Ο Janot συμφωνεί ότι μπορούν να γίνουν περισσότερα, προσθέτοντας ότι το CERN εργάζεται σε τρόπους για να μειώσει το αποτύπωμα άνθρακα. Αυτά περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, την ανάκτηση ενέργειας, τη διαχείριση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας για τη μεγιστοποίηση της χρήσης πηγών χαμηλών εκπομπών άνθρακα, καθώς και τρόπους ανάπτυξης διεθνών συνεργασιών που ελαχιστοποιούν τα ταξίδια.
