La huella de carbono de una futura fábrica de Higgs podría variar en casi un factor de 100, según el diseño elegido y su ubicación. Esa es la conclusión de un análisis realizado por físicos en Europa que han estudiado los posibles sucesores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Los investigadores concluyen que la propuesta Futuro Colisionador Circular (FCC), que estaría basado en el CERN y vinculado al LHC, sería el más respetuoso con el medio ambiente, ya que consumiría menos energía y produciría menos emisiones de carbono por bosón de Higgs producido que los diseños de la competencia (arXiv: 2208.10466).
Tras el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 en el LHC, los físicos de partículas planean construir un colisionador de partículas más potente. La futura máquina, conocida como fábrica de Higgs, rompería electrones con positrones para permitir una investigación más detallada de las propiedades del bosón de Higgs y otras partículas.
Actualmente hay cinco propuestas para un colisionador de positrones y electrones de alta energía, con la Colisionador lineal internacional (ILC) en Japón, el Cool Copper Collider (C3) en EE.UU. y el Colisionador lineal compacto en el CERN todo basado en aceleradores lineales. La FCC y la Colisionador de positrones de electrones de China (CEPC) en China, mientras tanto, son colisionadores circulares.
Hay varios argumentos en torno a las oportunidades físicas de los diferentes diseños de colisionadores, pero el físico de partículas del CERN patricio janot y su colega Alain Blondel argumentan que debido al alto consumo de energía de cualquier colisionador futuro, también se debe considerar el impacto ambiental significativo de los diseños.
"Proponemos que los futuros proyectos de física de alta energía incluyan no solo el costo y el rendimiento del colisionador, sino también su huella de carbono por resultado físico, y que utilicen estos datos en el diseño y la elección del 'mejor' colisionador". Janot dijo Mundo de la física.
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En su análisis, el dúo descubrió que el FCC era el diseño con mayor eficiencia energética, ya que consumía 3 MWh de electricidad por cada bosón de Higgs que producía. El siguiente mejor fue el CEPC con 4.1 MWh por bosón de Higgs, mientras que el diseño con mayor consumo de energía es el C3 (18 MWh/bosón de Higgs).
Luego, los investigadores examinaron la intensidad de carbono de la producción de electricidad en los diferentes países con la esperanza de albergar un futuro colisionador de alta energía. La FCC volvió a ser la mejor, emitiendo 0.17 toneladas de CO2 equivalentes (t CO2 eq.) por bosón de Higgs producido. El ILC, por su parte, produciría unas 50 veces más CO2 equivalentes (9.4 t CO2 ec. por bosón de Higgs). Las bajas emisiones de la FCC se deben en parte a que alrededor del 80 % de la energía producida en Francia proviene de centrales nucleares y, por lo tanto, en su mayor parte es libre de carbono.
El equipo descubrió que la huella de carbono de la FCC podría mejorarse aún más si el diseño aumentara la cantidad de puntos de interacción de dos a cuatro. En este escenario, cada bosón de Higgs producido consumiría 1.8 MWh de energía y emitiría 0.1 toneladas de CO2 equivalentes
Janot agrega que el análisis se centra en el impacto ambiental del resultado de la física y el consumo de energía de operar la fábrica de Higgs propuesta. Agrega que es parte de un estudio de factibilidad mucho más grande sobre el FCC, que cubrirá, entre otras cosas, el impacto ambiental de las diferentes fases del proyecto. Esto incluirá, por ejemplo, la construcción de túneles y la instalación y operación de colisionadores. Pero señala que “el consumo de energía durante la operación es el mayor contribuyente a la huella de carbono de un colisionador de alta energía”.
Otros factores
Físico kumiko kotera de la Universidad de la Sorbona en París, que ha llevado a cabo un análisis de la huella de carbono potencial del proyecto Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), dijo Mundo de la física que el consumo de energía y las emisiones de carbono por bosón de Higgs es una comparación sensata. Kotera explicó, sin embargo, que para producir un análisis de huella de carbono más preciso, además del consumo de energía del colisionador, también se debe considerar el consumo de energía relacionado con el análisis y las simulaciones de datos, y otras tecnologías digitales vinculadas, como el almacenamiento de datos.
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Kotera agrega que un análisis completo también debe tener en cuenta los viajes internacionales de sus miembros, aunque sospecha que esto requeriría menos energía que las operaciones de colisión y las tecnologías digitales.
Janot está de acuerdo en que se puede hacer más y agrega que el CERN está trabajando en formas de reducir su huella de carbono. Estos incluyen, entre otras cosas, la recuperación de energía, la gestión del consumo de electricidad para maximizar el uso de fuentes bajas en carbono, así como formas de desarrollar colaboraciones internacionales que minimicen los viajes.
