مطالعه نشان می‌دهد که «کارخانه هیگز» با محیط 100 کیلومتری پیشنهادی سرن تأثیر زیست‌محیطی کمتری نسبت به طرح‌های رقیب دارد.

ردپای کربن یک کارخانه آینده هیگز بسته به طرح انتخابی و مکان آن می تواند تقریباً 100 برابر باشد. این نتیجه تجزیه و تحلیل فیزیکدانان اروپایی است که جانشینان بالقوه برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC) سرن را مطالعه کرده اند. محققان نتیجه می گیرند که پیشنهاد شده است برخورد دهنده دایره ای آینده (FCC)، که در CERN مستقر است و به LHC متصل می شود، دوستدار محیط زیست خواهد بود، زیرا انرژی کمتری مصرف می کند و انتشار کربن کمتری به ازای هر بوزون هیگز تولید شده نسبت به طرح های رقیب تولید می کند.arXiv: 2208.10466).

پس از کشف بوزون هیگز در سال 2012 در LHC، فیزیکدانان ذرات در حال برنامه ریزی برای ساخت یک برخورد دهنده ذرات قوی تر هستند. ماشین آینده که به عنوان کارخانه هیگز شناخته می‌شود، الکترون‌ها را با پوزیترون‌ها در هم می‌کوبد تا امکان بررسی دقیق‌تر خواص بوزون هیگز و سایر ذرات را فراهم کند.

در حال حاضر پنج پیشنهاد برای برخورد دهنده پوزیترون-الکترون با انرژی بالا وجود دارد برخورد دهنده خطی بین المللی (ILC) در ژاپن، Cool Copper Collider (C3) در ایالات متحده و برخورد دهنده خطی فشرده در سرن همه بر اساس شتاب دهنده های خطی هستند. FCC و برخورد دهنده الکترون پوزیترون چین (CEPC) در چین، در عین حال، برخورد دهنده های دایره ای هستند.

بحث های مختلفی در مورد فرصت های فیزیک طراحی های مختلف برخورد دهنده وجود دارد، اما فیزیکدان ذرات سرن پاتریک جانوت و همکارش آلن بلوندل استدلال می کنند که به دلیل مصرف انرژی بالای هر برخورد کننده آینده، تأثیر زیست محیطی قابل توجه طرح ها نیز باید در نظر گرفته شود.

ما پیشنهاد می‌کنیم که پروژه‌های فیزیک پرانرژی آینده نه تنها شامل هزینه و عملکرد برخورددهنده، بلکه ردپای کربن آن در هر نتیجه فیزیک باشد، و از این داده‌ها در طراحی و انتخاب «بهترین» برخورددهنده استفاده شود.» جانوت گفت دنیای فیزیک.

این دو در تجزیه و تحلیل خود دریافتند که FCC با صرفه‌ترین طرح در مصرف انرژی بوده و برای هر بوزون هیگز که تولید می‌کند 3 مگاوات ساعت برق مصرف می‌کند. بهترین بعدی CEPC با 4.1 مگاوات ساعت به ازای هر بوزون هیگز بود، در حالی که پر انرژی ترین طراحی C3 (18 مگاوات ساعت/بوزون هیگز) است.

محققان سپس شدت کربن تولید برق را در کشورهای مختلف که امیدوار بودند میزبان یک برخورددهنده با انرژی بالا در آینده باشند، بررسی کردند. FCC با انتشار 0.17 تن CO دوباره بهترین بود₂ معادل (t CO₂ معادله) در هر بوزون هیگز تولید شده است. در همین حال، ILC حدود 50 برابر بیشتر CO تولید می کند₂ معادل (9.4 تن CO₂ معادله به ازای بوزون هیگز). انتشار کم FCC تا حدی به این دلیل است که حدود 80 درصد انرژی تولید شده در فرانسه از نیروگاه های هسته ای است و بنابراین عمدتاً بدون کربن است.

تیم دریافتند که اگر طراحی تعداد نقاط تعامل را از دو به چهار افزایش دهد، ردپای کربن FCC می تواند بیشتر بهبود یابد. در این سناریو هر بوزون هیگز تولید شده 1.8 مگاوات ساعت انرژی مصرف می کند و 0.1 تن CO منتشر می کند.₂ معادل

جانوت می افزاید که این تحلیل بر روی تأثیر زیست محیطی نتیجه فیزیک و مصرف انرژی در راه اندازی کارخانه هیگز پیشنهادی متمرکز است. او می افزاید که این بخشی از یک مطالعه امکان سنجی بسیار بزرگتر در FCC است که از جمله موارد دیگر، اثرات زیست محیطی مراحل مختلف پروژه را پوشش می دهد. این شامل، به عنوان مثال، ساخت تونل و نصب و راه اندازی برخورد دهنده ها خواهد بود. اما او خاطرنشان می کند که "مصرف انرژی در حین کار بزرگترین عامل تاثیرگذار بر ردپای کربن یک برخورد دهنده پر انرژی است".

سایر عوامل

فیزیک دان کومیکو کوترا از دانشگاه سوربن در پاریس، که تحلیلی از ردپای کربن بالقوه پروژه آرایه غول پیکر برای تشخیص نوترینو (GRAND) انجام داده است، گفت: دنیای فیزیک مصرف انرژی و انتشار کربن در هر بوزون هیگز مقایسه معقولی است. کوترا توضیح داد، با این حال، برای تولید تجزیه و تحلیل ردپای کربن دقیق تر علاوه بر مصرف انرژی برخورد دهنده، مصرف انرژی مربوط به تجزیه و تحلیل داده ها و شبیه سازی ها و سایر فناوری های دیجیتال مرتبط مانند ذخیره سازی داده ها نیز باید در نظر گرفته شود.

کوترا اضافه می کند که یک تجزیه و تحلیل کامل همچنین باید سفرهای بین المللی اعضای آن را در نظر بگیرد، اگرچه او گمان می کند که این امر نسبت به عملیات برخورد دهنده و فناوری های دیجیتال انرژی کمتری دارد.

جانوت موافق است که می‌توان کارهای بیشتری انجام داد و می‌افزاید که سرن در حال کار بر روی راه‌هایی برای کاهش ردپای کربن خود است. اینها شامل بازیابی انرژی، مدیریت مصرف برق برای به حداکثر رساندن استفاده از منابع کم کربن و همچنین راه‌هایی برای توسعه همکاری‌های بین‌المللی است که سفر را به حداقل می‌رساند.