L'impronta di carbonio di una futura fabbrica di Higgs potrebbe variare di quasi un fattore 100, a seconda del progetto scelto e della sua posizione. Questa è la conclusione di un'analisi condotta da fisici europei che hanno studiato i potenziali successori del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. I ricercatori concludono che la proposta Futuro collisore circolare (FCC), che avrebbe sede al CERN e sarebbe collegato all'LHC, sarebbe il più rispettoso dell'ambiente in quanto consumerebbe meno energia e produrrebbe minori emissioni di carbonio per bosone di Higgs prodotto rispetto ai progetti concorrenti (arXiv: 2208.10466).
Dopo la scoperta del bosone di Higgs nel 2012 all'LHC, i fisici delle particelle stanno progettando di costruire un acceleratore di particelle più potente. La futura macchina, nota come fabbrica di Higgs, distruggerebbe gli elettroni con i positroni per consentire un'indagine più dettagliata delle proprietà del bosone di Higgs e di altre particelle.
Ci sono attualmente cinque proposte per un collisore di positroni-elettroni ad alta energia, con il Collisore lineare internazionale (ILC) in Giappone, il Cool Copper Collider (C3) negli Stati Uniti e il Collisore lineare compatto al CERN tutti basati su acceleratori lineari. La FCC e il Collisore di positroni di elettroni della Cina (CEPC) in Cina, nel frattempo, sono collisori circolari.
Ci sono vari argomenti sulle opportunità fisiche dei diversi progetti di collider, ma il fisico delle particelle del CERN Patrizio Janot e il suo collega Alain Blondel sostengono che, a causa dell'elevato consumo energetico di qualsiasi futuro collisore, dovrebbe essere considerato anche il significativo impatto ambientale dei progetti.
"Stiamo proponendo che i futuri progetti di fisica ad alta energia includano non solo il costo e le prestazioni del collisore, ma anche la sua impronta di carbonio per risultato fisico, e di utilizzare questi dati nella progettazione e nella scelta del 'migliore' collisore", Janot ha detto Mondo della fisica.
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Nella loro analisi, i due hanno scoperto che l'FCC era il progetto più efficiente dal punto di vista energetico, consumando 3 MWh di elettricità per ogni bosone di Higgs prodotto. Il secondo migliore è stato il CEPC a 4.1 MWh per bosone di Higgs, mentre il progetto più energivoro è il C3 (18 MWh/bosone di Higgs).
I ricercatori hanno quindi esaminato l'intensità di carbonio della produzione di elettricità nei diversi paesi sperando di ospitare un futuro collisore ad alta energia. La FCC è stata ancora una volta la migliore, emettendo 0.17 tonnellate di COXNUMX2 equivalenti (t CO2 eq.) per bosone di Higgs prodotto. L'ILC, nel frattempo, produrrebbe circa 50 volte più COXNUMX2 equivalenti (9.4 t CO2 eq. per bosone di Higgs). Le basse emissioni della FCC sono in parte dovute al fatto che circa l'80% dell'energia prodotta in Francia proviene da centrali nucleari, e quindi per lo più priva di carbonio.
Il team ha scoperto che l'impronta di carbonio della FCC potrebbe essere ulteriormente migliorata se il progetto aumentasse il numero di punti di interazione da due a quattro. In questo scenario ogni bosone di Higgs prodotto consumerebbe 1.8 MWh di energia ed emetterebbe 0.1 tonnellate di CO2 equivalenti.
Janot aggiunge che l'analisi si concentra sull'impatto ambientale del risultato fisico e sul consumo energetico del funzionamento della proposta fabbrica di Higgs. Aggiunge che fa parte di uno studio di fattibilità molto più ampio sulla FCC, che riguarderà tra l'altro l'impatto ambientale delle diverse fasi del progetto. Ciò includerà, ad esempio, la costruzione di tunnel e l'installazione e il funzionamento dei collisori. Ma sottolinea che "il consumo di energia durante il funzionamento è il maggior contributo all'impronta di carbonio di un collisore ad alta energia".
Altri fattori
Fisico Kumiko Kotera dell'Università della Sorbona di Parigi, che ha condotto un'analisi della potenziale impronta di carbonio del progetto Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), ha dichiarato Mondo della fisica che il consumo di energia e le emissioni di carbonio per bosone di Higgs è un confronto sensato. Kotera ha spiegato, tuttavia, che per produrre un'analisi più accurata dell'impronta di carbonio oltre al consumo energetico del collisore, è necessario considerare anche il consumo energetico relativo all'analisi e alle simulazioni dei dati e ad altre tecnologie digitali collegate, come l'archiviazione dei dati.
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Kotera aggiunge che un'analisi completa deve anche tenere conto dei viaggi internazionali dei suoi membri, anche se sospetta che ciò richiederebbe meno energia rispetto alle operazioni di collisione e alle tecnologie digitali.
Janot concorda sul fatto che si può fare di più, aggiungendo che il CERN sta lavorando a modi per ridurre la sua impronta di carbonio. Questi includono, tra le altre cose, il recupero di energia, la gestione del consumo di elettricità per massimizzare l'uso di fonti a basse emissioni di carbonio e modi per sviluppare collaborazioni internazionali che riducano al minimo i viaggi.
