Tulevan Higgsin tehtaan hiilijalanjälki voi vaihdella lähes 100-kertaisesti valitusta suunnittelusta ja sijainnista riippuen. Tämä on CERNin Large Hadron Colliderin (LHC) mahdollisia seuraajia tutkineiden eurooppalaisten fyysikkojen analyysin johtopäätös. Tutkijat päättelevät, että ehdotettu Tuleva pyöreä kolari (FCC), joka toimisi CERNissä ja liitetään LHC:hen, olisi ympäristöystävällisin, koska se kuluttaisi vähemmän energiaa ja tuottaisi vähemmän hiilidioksidipäästöjä tuotettua Higgsin bosonia kohti kuin kilpailevat mallit.arXiv: 2208.10466).
Vuonna 2012 LHC:ssä löydetyn Higgsin bosonin jälkeen hiukkasfyysikot suunnittelevat tehokkaamman hiukkastörmätimen rakentamista. Tuleva kone, joka tunnetaan Higgsin tehtaana, murskaa elektroneja positroneilla mahdollistaakseen yksityiskohtaisemman tutkimuksen Higgsin bosonin ja muiden hiukkasten ominaisuuksista.
Tällä hetkellä on viisi ehdotusta korkeaenergiselle positroni-elektronitörmäyttimelle Kansainvälinen lineaarinen törmäyskone (ILC) Japanissa, Cool Copper Collider (C3) Yhdysvalloissa ja Kompakti lineaarinen törmäyskone CERNissä kaikki perustuvat lineaarisiin kiihdyttimiin. FCC ja Kiinan elektronin positronitörmätin (CEPC) Kiinassa puolestaan ovat ympyrätörmäimiä.
Erilaisten törmäyslaitteiden fysiikkamahdollisuuksista on olemassa erilaisia väitteitä, mutta CERNin hiukkasfyysikko Patrick Janot ja hänen kollegansa Alain Blondel väittävät, että minkä tahansa tulevan törmäimen suuren energiankulutuksen vuoksi suunnitelmien merkittävät ympäristövaikutukset on myös otettava huomioon.
"Ehdotamme, että tulevissa korkean energian fysiikan hankkeissa ei huomioida vain törmäimen kustannuksia ja suorituskykyä, vaan myös sen hiilijalanjälkeä fysiikan lopputulosta kohti ja että näitä tietoja käytetään "parhaan" törmäimen suunnittelussa ja valinnassa." Janot kertoi Fysiikan maailma.
Tutkijat analysoivat suunnitellun neutrinokokeen hiilijalanjälkeä
Analyysissaan kaksikko havaitsi, että FCC oli energiatehokkain malli, joka kulutti 3 MWh sähköä jokaista tuottamaa Higgsin bosonia kohti. Seuraavaksi paras oli CEPC 4.1 MWh:lla Higgsin bosonia kohti, kun taas energiaintensiivisin malli on C3 (18 MWh/Higgs-bosoni).
Tämän jälkeen tutkijat tutkivat sähköntuotannon hiili-intensiteettiä eri maissa toivoen voivansa isännöidä tulevaa korkean energian törmäyskonetta. FCC oli jälleen paras, ja sen hiilidioksidipäästöt olivat 0.17 tonnia2 ekvivalentteja (t CO2 ekv.) tuotettua Higgsin bosonia kohti. ILC puolestaan tuottaisi noin 50 kertaa enemmän hiilidioksidia2 ekvivalentteja (9.4 t CO2 ekv. Higgsin bosonin mukaan). FCC:n alhaiset päästöt johtuvat osittain siitä, että noin 80 % Ranskassa tuotetusta energiasta on peräisin ydinvoimaloista ja siksi enimmäkseen hiilivapaata.
Tiimi havaitsi, että FCC:n hiilijalanjälkeä voitaisiin edelleen parantaa, jos suunnittelu lisäisi vuorovaikutuspisteiden määrää kahdesta neljään. Tässä skenaariossa jokainen tuotettu Higgsin bosoni kuluttaisi 1.8 MWh energiaa ja päästäisi 0.1 tonnia hiilidioksidia2 ekvivalenttia.
Janot lisää, että analyysi keskittyy fysiikan lopputuloksen ympäristövaikutuksiin ja ehdotetun Higgsin tehtaan käytön energiankulutukseen. Hän lisää, että se on osa paljon laajempaa FCC:tä koskevaa toteutettavuustutkimusta, joka kattaa muun muassa hankkeen eri vaiheiden ympäristövaikutukset. Tämä sisältää esimerkiksi tunnelin rakentamisen sekä törmäyslaitteiden asennuksen ja käytön. Mutta hän huomauttaa, että "energiankulutus käytön aikana on suurin suurienergisten törmäyslaitteiden hiilijalanjäljen aiheuttaja".
Muut tekijät
Fyysikko Kumiko Kotera Pariisin Sorbonnen yliopistosta, joka on tehnyt analyysin Giant Array for Neutrino Detection (GRAND) -projektin mahdollisesta hiilijalanjäljestä, kertoi. Fysiikan maailma että energiankulutus ja hiilidioksidipäästöt Higgsin bosonia kohti on järkevä vertailu. Kotera kuitenkin selitti, että tarkemman hiilijalanjälkianalyysin tuottamiseksi törmäimen energiankulutuksen lisäksi on huomioitava myös data-analyysiin ja simulaatioihin liittyvä energiankulutus sekä muut niihin liittyvät digitaaliset tekniikat, kuten tiedon tallennus.
CERN hyväksyy Future Circular Collider -työskentelyn, mutta viivästyttää lopullista päätöstä
Kotera lisää, että täydellisessä analyysissä on otettava huomioon myös jäsentensä kansainvälinen matkustaminen, vaikka hän epäileekin, että tämä olisi vähemmän energiannälkäinen kuin törmäyskonetoiminnot ja digitaaliset tekniikat.
Janot on samaa mieltä siitä, että enemmän voidaan tehdä, ja lisää, että CERN pyrkii vähentämään hiilijalanjälkeään. Näitä ovat muun muassa energian talteenotto, sähkönkulutuksen hallinta vähähiilisten lähteiden käytön maksimoimiseksi sekä tapoja kehittää kansainvälisiä yhteistyömuotoja, jotka minimoivat matkustamista.
