טביעת הרגל הפחמנית של מפעל עתידי של היגס עשויה להשתנות בכמעט פקטור של 100, בהתאם לעיצוב הנבחר ולמיקומו. זו המסקנה של ניתוח של פיזיקאים באירופה שחקרו את היורשים הפוטנציאליים של מאיץ ההדרונים הגדול (LHC) של CERN. החוקרים מסכמים כי המוצע Future Circular Collider (FCC), שתהיה מבוססת ב-CERN ומקושרת ל-LHC, תהיה הידידותית ביותר לסביבה מכיוון שהיא תצרוך פחות אנרגיה וייצר פליטות פחמן נמוכות יותר לכל בוזון היגס שייצר מאשר תכנונים מתחרים (arXiv: 2208.10466).
לאחר גילוי בוזון היגס ב-2012 ב-LHC, מתכננים פיזיקאים של חלקיקים לבנות מתנגש חלקיקים חזק יותר. המכונה העתידית, המכונה מפעל היגס, תנפץ אלקטרונים עם פוזיטרונים כדי לאפשר חקירה מפורטת יותר של תכונות הבוזון של היגס וחלקיקים אחרים.
יש כרגע חמש הצעות למאיץ פוזיטרונים-אלקטרונים עתירי אנרגיה, עם מאיץ ליניארי בינלאומי (ILC) ביפן, ה-Cool Copper Collider (C3) בארה"ב וב- מאיץ ליניארי קומפקטי ב-CERN הכל מבוסס על מאיצים ליניאריים. ה-FCC וה- מאיץ פוזיטרון אלקטרון בסין (CEPC) בסין, בינתיים, הם מתנגשים מעגליים.
ישנם ויכוחים שונים סביב הזדמנויות הפיזיקליות של תכנוני המתנגשים השונים, אך פיזיקאי החלקיקים של CERN פטריק ג'נוט ועמיתו אלן בלונדל טוענים כי בשל צריכת האנרגיה הגבוהה של כל מתנגש עתידי, יש לקחת בחשבון גם את ההשפעה הסביבתית המשמעותית של התכנונים.
"אנו מציעים שפרויקטים עתידיים של פיזיקה עתירי אנרגיה יכללו לא רק את העלות והביצועים של המתנגש, אלא גם את טביעת הרגל הפחמנית שלו לכל תוצאת פיזיקה, ולהשתמש בנתונים אלה בתכנון ובבחירת המתנגש 'הטוב ביותר'." ג'נוט סיפרה עולם הפיזיקה.
חוקרים מנתחים את טביעת הרגל הפחמנית של ניסוי נייטרינו המתוכנן
בניתוח שלהם, השניים מצאו שה-FCC הוא התכנון היעיל ביותר באנרגיה, שצורך 3 MWh של חשמל עבור כל בוזון היגס שהוא ייצר. הבא הטוב ביותר היה CEPC ב-4.1 MWh לכל בוזון Higgs, בעוד שהתכנון עתיר האנרגיה הוא ה-C3 (18 MWh/Higs בוזון).
לאחר מכן בחנו החוקרים את עוצמת הפחמן של ייצור החשמל במדינות השונות בתקווה לארח עתיד מתנגש עתיר אנרגיה גבוהה. ה-FCC שוב היה הטוב ביותר, ופלט 0.17 טון של CO2 מקבילים (t CO2 eq.) לכל בוזון היגס שהופק. ה-ILC, בינתיים, ייצר בערך פי 50 יותר CO2 שווה ערך (9.4 t CO2 eq. לפי בוזון היגס). הפליטות הנמוכות של ה-FCC נובעות בין השאר משום שכ-80% מהאנרגיה המיוצרת בצרפת היא ממפעלים גרעיניים, ולכן לרוב נטולת פחמן.
הצוות מצא כי ניתן לשפר עוד יותר את טביעת הרגל הפחמנית של ה-FCC אם התכנון יגדיל את מספר נקודות האינטראקציה משתיים לארבע. בתרחיש זה כל בוזון היגס שיוצר יצרוך 1.8 MWh של אנרגיה ויפלוט 0.1 טון COXNUMX.2 מקבילות.
ג'נות מוסיפה כי הניתוח מתמקד בהשפעה הסביבתית של תוצאת הפיזיקה ובצריכת האנרגיה של הפעלת מפעל היגס המוצע. הוא מוסיף שזה חלק ממחקר היתכנות גדול בהרבה על ה-FCC, שיכסה בין היתר את ההשפעה הסביבתית של שלבים שונים של הפרויקט. זה יכלול, למשל, בניית מנהרות והתקנה ותפעול של המתנגשים. אבל הוא מציין כי "צריכת האנרגיה במהלך הפעולה היא התורמת הגדולה ביותר לטביעת הרגל הפחמנית של מתנגש עתיר אנרגיה".
גורמים אחרים
פיסיקאי קומיקו קוטרה מאוניברסיטת סורבון בפריז, שביצע ניתוח של טביעת הרגל הפחמנית הפוטנציאלית של פרויקט המערך הענק לגילוי נייטרינו (GRAND), סיפר עולם הפיזיקה שצריכת אנרגיה ופליטת פחמן לכל בוזון היגס היא השוואה הגיונית. עם זאת, קוטרה הסביר שכדי לייצר ניתוח טביעת רגל פחמן מדויק יותר, בנוסף לצריכת האנרגיה של המתנגש, יש לשקול גם צריכת אנרגיה הקשורה לניתוח נתונים וסימולציות, וטכנולוגיות דיגיטליות מקושרות אחרות, כגון אחסון נתונים.
CERN מאשרת עבודה נוספת על Future Circular Collider - אך מעכבת את ההחלטה הסופית
קוטרה מוסיפה כי ניתוח מלא צריך לקחת בחשבון גם נסיעות בינלאומיות של חבריה, אם כי היא חושדת שזה יהיה פחות רעב לאנרגיה מאשר פעולות מתנגשות וטכנולוגיות דיגיטליות.
Janot מסכימה שאפשר לעשות יותר, ומוסיפה ש-CERN עובדת על דרכים להקטנת טביעת הרגל הפחמנית שלה. אלה כוללים, בין היתר, שחזור אנרגיה, ניהול צריכת חשמל כדי למקסם את השימוש במקורות דלי פחמן וכן דרכים לפיתוח שיתופי פעולה בינלאומיים הממזערים את הנסיעות.
