Proponowana przez CERN „fabryka Higgsa” o obwodzie 100 km ma mniejszy wpływ na środowisko niż konkurencyjne projekty, wynika z badań

Ślad węglowy przyszłej fabryki Higgsa może różnić się prawie 100-krotnie, w zależności od wybranego projektu i lokalizacji. Taki jest wniosek z analizy przeprowadzonej przez fizyków w Europie, którzy badali potencjalnych następców Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) CERN-u. Naukowcy doszli do wniosku, że proponowane Przyszłe zderzaki kołowe (FCC), który miałby siedzibę w CERN i byłby połączony z LHC, byłby najbardziej przyjazny dla środowiska, ponieważ zużywałby mniej energii i generowałby mniejszą emisję dwutlenku węgla na wyprodukowany bozon Higgsa niż konkurencyjne projekty (arXiv: 2208.10466).

Po odkryciu bozonu Higgsa w 2012 roku w LHC fizycy cząstek elementarnych planują zbudować potężniejszy zderzacz cząstek. Przyszła maszyna, znana jako fabryka Higgsa, rozbijałaby elektrony pozytonami, aby umożliwić bardziej szczegółowe badanie właściwości bozonu Higgsa i innych cząstek.

Obecnie istnieje pięć propozycji wysokoenergetycznego zderzacza pozytonowo-elektronowego, z Międzynarodowy zderzacz liniowy (ILC) w Japonii, Cool Copper Collider (C3) w USA i Kompaktowy zderzacz liniowy w CERN wszystkie oparte na akceleratorach liniowych. FCC i Chiński zderzacz elektronów pozytonów (CEPC) w Chinach to okrągłe zderzacze.

Istnieją różne argumenty dotyczące możliwości fizycznych różnych konstrukcji zderzaczy, ale fizyk cząstek elementarnych CERN Patryk Janot i jego kolega Alain Blondel argumentują, że ze względu na wysokie zużycie energii przez jakikolwiek przyszły zderzacz, należy również wziąć pod uwagę znaczący wpływ projektów na środowisko.

„Proponujemy, aby przyszłe projekty z zakresu fizyki wysokich energii uwzględniały nie tylko koszt i wydajność zderzacza, ale także jego ślad węglowy w zależności od wyniku fizycznego, oraz wykorzystanie tych danych przy projektowaniu i wyborze„ najlepszego ”zderzacza” — powiedział Janot Świat Fizyki.

W swojej analizie duet odkrył, że FCC był najbardziej energooszczędnym projektem, zużywając 3 MWh energii elektrycznej na każdy wyprodukowany bozon Higgsa. Następny najlepszy był CEPC przy 4.1 MWh na bozon Higgsa, podczas gdy najbardziej energochłonny projekt to C3 (18 MWh/bozon Higgsa).

Następnie naukowcy zbadali intensywność emisji dwutlenku węgla w produkcji energii elektrycznej w różnych krajach, mając nadzieję na przyjęcie przyszłego wysokoenergetycznego zderzacza. FCC ponownie był najlepszy, emitując 0.17 tony CO₂ ekwiwalenty (t CO₂ równ.) na wyprodukowany bozon Higgsa. W międzyczasie ILC wyprodukowałby około 50 razy więcej CO₂ ekwiwalenty (9.4 t CO₂ równ. na bozon Higgsa). Niskie emisje FCC są częściowo spowodowane tym, że około 80% energii produkowanej we Francji pochodzi z elektrowni jądrowych, a zatem w większości nie zawiera węgla.

Zespół odkrył, że ślad węglowy FCC można by jeszcze poprawić, gdyby projekt zwiększył liczbę punktów interakcji z dwóch do czterech. W tym scenariuszu każdy wyprodukowany bozon Higgsa zużywałby 1.8 MWh energii i emitowałby 0.1 tony CO₂ odpowiedniki.

Janot dodaje, że analiza koncentruje się na wpływie fizyki na środowisko i zużyciu energii podczas eksploatacji proponowanej fabryki Higgsa. Dodaje, że jest to część znacznie większego studium wykonalności FCC, które obejmie między innymi wpływ różnych faz projektu na środowisko. Obejmuje to na przykład budowę tuneli oraz instalację i eksploatację zderzaczy. Zaznacza jednak, że „zużycie energii podczas pracy ma największy wpływ na ślad węglowy wysokoenergetycznego zderzacza”.

Inne czynniki

Fizyk Kumiko Kotera z Sorbony w Paryżu, który przeprowadził analizę potencjalnego śladu węglowego projektu Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), powiedział Świat Fizyki że zużycie energii i emisja węgla na bozon Higgsa jest rozsądnym porównaniem. Kotera wyjaśnił jednak, że aby uzyskać dokładniejszą analizę śladu węglowego, oprócz zużycia energii przez zderzacz, należy również wziąć pod uwagę zużycie energii związane z analizą danych i symulacjami oraz inne powiązane technologie cyfrowe, takie jak przechowywanie danych.

Kotera dodaje, że pełna analiza musi również uwzględniać międzynarodowe podróże jej członków, chociaż podejrzewa, że ​​byłoby to mniej energochłonne niż operacje zderzacza i technologie cyfrowe.

Janot zgadza się, że można zrobić więcej, dodając, że CERN pracuje nad sposobami zmniejszenia swojego śladu węglowego. Obejmują one między innymi odzyskiwanie energii, zarządzanie zużyciem energii elektrycznej w celu maksymalizacji wykorzystania źródeł niskoemisyjnych, a także sposoby rozwijania międzynarodowej współpracy minimalizującej podróże.