Egy leendő Higgs-gyár szénlábnyoma a választott kialakítástól és elhelyezkedésétől függően csaknem százszorosára változhat. Erre a következtetésre jutott az európai fizikusok elemzése, akik a CERN nagy hadronütköztetőjének (LHC) lehetséges utódjait tanulmányozták. A kutatók arra a következtetésre jutnak, hogy a javasolt Future Circular Collider (FCC), amely a CERN-ben lenne és az LHC-hez kapcsolódik, lenne a legkörnyezetbarátabb, mivel kevesebb energiát fogyasztana és alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátást termelne Higgs-bozononként, mint a konkurens tervek.arXiv: 2208.10466).
Miután 2012-ben felfedezték a Higgs-bozont az LHC-ben, a részecskefizikusok egy erősebb részecskeütköztető építését tervezik. A Higgs-gyárként ismert leendő gép pozitronokkal törné szét az elektronokat, hogy lehetővé tegye a Higgs-bozon és más részecskék tulajdonságainak részletesebb vizsgálatát.
Jelenleg öt javaslat létezik egy nagyenergiájú pozitron-elektron ütköztetőre, a Nemzetközi Lineáris Ütköztető (ILC) Japánban, a Cool Copper Collider (C3) az Egyesült Államokban és a Kompakt lineáris ütköztető a CERN-ben minden lineáris gyorsítókon alapul. Az FCC és a Kínai elektronpozitronütköztető (CEPC) Kínában eközben körkörös ütköztetők.
Különféle érvek keringenek a különböző ütköztető-konstrukciók fizikai lehetőségei körül, de a CERN részecskefizikusa Patrick Janot és kollégája, Alain Blondel amellett érvel, hogy a jövőbeni ütköztetők magas energiafogyasztása miatt a tervek jelentős környezeti hatását is figyelembe kell venni.
„Azt javasoljuk, hogy a jövőbeli nagyenergiájú fizikai projektek ne csak az ütköző költségét és teljesítményét foglalják magukban, hanem annak fizikai eredményeként mért szénlábnyomát is, és ezeket az adatokat használják fel a „legjobb” ütköző tervezésénél és kiválasztásánál.” Janot elmondta Fizika Világa.
A kutatók elemzik a tervezett neutrínó-kísérlet szénlábnyomát
Elemzésükben a páros azt találta, hogy az FCC volt a legenergiahatékonyabb konstrukció, amely 3 MWh áramot fogyaszt minden egyes általa előállított Higgs-bozon után. A következő legjobb a CEPC 4.1 MWh/Higgs-bozonnal, míg a legenergiaigényesebb kivitel a C3 (18 MWh/Higgs-bozon).
A kutatók ezt követően megvizsgálták a villamosenergia-termelés szén-dioxid-intenzitását a különböző országokban, abban a reményben, hogy a jövőben egy nagy energiájú ütköztetőnek adnak otthont. Ismét az FCC volt a legjobb, 0.17 tonna CO-t bocsátott ki2 ekvivalens (t CO2 ekv.) termelt Higgs-bozononként. Eközben az ILC körülbelül 50-szer több CO-t termelne2 ekvivalens (9.4 t CO2 ekv. Higgs-bozononként). Az FCC alacsony kibocsátása részben abból adódik, hogy a Franciaországban megtermelt energia körülbelül 80%-a atomerőművekből származik, ezért többnyire szén-dioxid-mentes.
A csapat úgy találta, hogy az FCC szénlábnyomát tovább lehetne javítani, ha a kialakítás kettőről négyre növelné az interakciós pontok számát. Ebben a forgatókönyvben minden egyes előállított Higgs-bozon 1.8 MWh energiát fogyasztana és 0.1 tonna CO-t bocsátana ki.2 egyenértékűek.
Janot hozzáteszi, hogy az elemzés a fizikai eredmények környezeti hatásaira és a tervezett Higgs-gyár üzemeltetésének energiafogyasztására összpontosít. Hozzáteszi, hogy ez egy sokkal nagyobb, az FCC-ről szóló megvalósíthatósági tanulmány része, amely többek között a projekt különböző szakaszainak környezeti hatásaira is kiterjed. Ez magában foglalja például az alagútépítést, valamint az ütközők telepítését és üzemeltetését. Arra azonban rámutat, hogy „a működés közbeni energiafogyasztás a legnagyobb mértékben hozzájárul a nagy energiájú ütköztetők szénlábnyomához”.
Egyéb tényezők
Fizikus Kumiko Kotera a párizsi Sorbonne Egyetem munkatársa, aki elemezte a Giant Array for Neutrino Detection (GRAND) projekt lehetséges szénlábnyomát. Fizika Világa hogy egy Higgs-bozonra jutó energiafogyasztás és szén-dioxid-kibocsátás ésszerű összehasonlítás. Kotera azonban kifejtette, hogy a pontosabb szénlábnyom-elemzés elkészítéséhez az ütközőgép energiafogyasztása mellett figyelembe kell venni az adatelemzéshez és szimulációkhoz kapcsolódó energiafogyasztást, valamint az egyéb kapcsolódó digitális technológiákat, például az adattárolást.
A CERN jóváhagyja a Future Circular Collider további munkáját, de késlelteti a végső döntést
Kotera hozzáteszi, hogy a teljes elemzésnek figyelembe kell vennie a tagok nemzetközi utazásait is, bár azt gyanítja, hogy ez kevésbé lenne energiaéhes, mint az ütközőműveletek és a digitális technológiák.
Janot egyetért azzal, hogy többet lehet tenni, hozzátéve, hogy a CERN azon dolgozik, hogy csökkentse szénlábnyomát. Ezek közé tartozik többek között az energia-visszanyerés, az alacsony szén-dioxid-kibocsátású források maximalizálását célzó villamosenergia-fogyasztás kezelése, valamint az utazásokat minimalizáló nemzetközi együttműködések kialakításának módjai.
