Tulevase Higgsi tehase süsiniku jalajälg võib sõltuvalt valitud disainist ja selle asukohast erineda peaaegu 100 korda. See on Euroopa füüsikute analüüsi järeldus, kes on uurinud CERNi suure hadronipõrgeti (LHC) potentsiaalseid järeltulijaid. Teadlased järeldavad, et kavandatud Tulevane ümmargune põrkur (FCC), mis asuks CERNis ja oleks ühendatud LHC-ga, oleks kõige keskkonnasõbralikum, kuna see tarbiks vähem energiat ja tekitaks vähem süsinikdioksiidiheiteid toodetud Higgsi bosoni kohta kui konkureerivad konstruktsioonid (arXiv: 2208.10466).
Pärast Higgsi bosoni avastamist 2012. aastal LHC-s plaanivad osakeste füüsikud ehitada võimsama osakeste põrkuri. Higgsi tehasena tuntud tulevane masin purustaks elektronid positronitega, et võimaldada Higgsi bosoni ja teiste osakeste omadusi üksikasjalikumalt uurida.
Praegu on viis ettepanekut suure energiaga positroni-elektronide põrkuri kohta Rahvusvaheline lineaarne põrkeseade (ILC) Jaapanis, Cool Copper Collider (C3) USA-s ja Kompaktne lineaarne põrkeseade CERNis põhinevad kõik lineaarsetel kiirenditel. FCC ja Hiina elektronpositroni põrgataja (CEPC) Hiinas on aga ringpõrgetajad.
Erinevate põrkurite konstruktsioonide füüsikaliste võimaluste üle on mitmesuguseid argumente, kuid CERNi osakeste füüsik Patrick Janot ja tema kolleeg Alain Blondel väidavad, et mis tahes tulevase põrkeseadme suure energiatarbimise tõttu tuleks arvesse võtta ka projekteerimise olulist keskkonnamõju.
"Me teeme ettepaneku, et tulevased suure energiatarbega füüsikaprojektid ei hõlmaks mitte ainult põrkuri maksumust ja jõudlust, vaid ka selle süsiniku jalajälge füüsikaliste tulemuste kohta, ning kasutada neid andmeid parima põrkeri kavandamisel ja valikul," Janot rääkis Füüsika maailm.
Teadlased analüüsivad kavandatud neutriinokatse süsiniku jalajälge
Duo leidis oma analüüsis, et FCC oli kõige energiasäästlikum konstruktsioon, tarbides iga toodetud Higgsi bosoni kohta 3 MWh elektrit. Paremuselt järgmine oli CEPC 4.1 MWh Higgsi bosoni kohta, samas kui kõige energiamahukam disain on C3 (18 MWh/Higgi boson).
Seejärel uurisid teadlased elektritootmise süsinikdioksiidi intensiivsust erinevates riikides, lootes majutada tulevast suure energiatarbega põrkerit. FCC oli taas parim, eraldades 0.17 tonni CO2 ekvivalendid (t CO2 ekv.) toodetud Higgsi bosoni kohta. Vahepeal toodab ILC umbes 50 korda rohkem CO2 ekvivalendid (9.4 t CO2 ekv. Higgsi bosoni kohta). FCC madalad heitkogused on osaliselt tingitud sellest, et umbes 80% Prantsusmaal toodetud energiast pärineb tuumajaamadest ja seega enamasti süsinikuvaba.
Meeskond leidis, et FCC süsiniku jalajälge saaks veelgi parandada, kui disain suurendaks interaktsioonipunktide arvu kahelt neljale. Selle stsenaariumi kohaselt tarbiks iga toodetud Higgsi boson 1.8 MWh energiat ja eraldaks 0.1 tonni CO2 ekvivalendid.
Janot lisab, et analüüs keskendub füüsikalise tulemuse keskkonnamõjule ja kavandatava Higgsi tehase käitamise energiatarbimisele. Ta lisab, et see on osa palju suuremast FCC tasuvusuuringust, mis hõlmab muu hulgas projekti erinevate etappide keskkonnamõju. See hõlmab näiteks tunnelite ehitamist ning põrkajate paigaldamist ja käitamist. Kuid ta juhib tähelepanu sellele, et "energiatarbimine töö ajal on suurim energiakuluga põrkeseadme süsiniku jalajälje põhjustaja".
Muud tegurid
Füüsik Kumiko Kotera Pariisi Sorbonne'i ülikoolist, kes on analüüsinud projekti Giant Array for Neutrino Detection (GRAND) potentsiaalset süsiniku jalajälge. Füüsika maailm et energiatarbimine ja süsinikdioksiidi heitkogused Higgsi bosoni kohta on mõistlik võrdlus. Kotera selgitas aga, et täpsema süsiniku jalajälje analüüsi tegemiseks tuleb lisaks põrkeri energiatarbimisele arvestada ka andmeanalüüsi ja simulatsioonidega seotud energiatarbimisega ning muude seotud digitehnoloogiatega, näiteks andmete salvestamisega.
CERN kiidab heaks edasise töö Future Circular Collideriga, kuid lükkab lõpliku otsusega edasi
Kotera lisab, et täielik analüüs peab võtma arvesse ka liikmete rahvusvahelisi reisimisi, kuigi ta kahtlustab, et see oleks vähem energianäljane kui põrkeoperatsioonid ja digitaaltehnoloogiad.
Janot nõustub, et teha saab rohkem, lisades, et CERN tegeleb oma süsiniku jalajälje vähendamise võimalustega. Nende hulka kuuluvad muu hulgas energia taaskasutamine, elektritarbimise juhtimine, et maksimeerida vähese CO2-heitega allikate kasutamist, samuti viise, kuidas arendada rahvusvahelist koostööd, mis minimeerib reisimist.
