„Fabrica Higgs” propusă de CERN, cu o circumferință de 100 km, are un impact mai mic asupra mediului decât proiectele concurente, arată un studiu

Amprenta de carbon a unei viitoare fabrici Higgs ar putea varia cu aproape un factor de 100, în funcție de designul ales și de locația sa. Aceasta este concluzia unei analize a fizicienilor din Europa care au studiat potențialii succesori ai Large Hadron Collider (LHC) de la CERN. Cercetătorii concluzionează că propus Viitorul colisionar circular (FCC), care ar avea sediul la CERN și ar fi legat de LHC, ar fi cel mai ecologic, deoarece ar consuma mai puțină energie și ar produce emisii de carbon mai mici per boson Higgs produs decât modelele concurente (arXiv: 2208.10466).

După descoperirea bosonului Higgs în 2012 la LHC, fizicienii particulelor plănuiesc să construiască un ciocnitor de particule mai puternic. Viitoarea mașină, cunoscută ca o fabrică Higgs, ar sparge electronii cu pozitroni pentru a permite investigarea mai detaliată a proprietăților bosonului Higgs și a altor particule.

În prezent, există cinci propuneri pentru un ciocnitor pozitron-electron de înaltă energie, cu Colisionar liniar internațional (ILC) în Japonia, Cool Copper Collider (C3) în SUA și Collider liniar compact la CERN toate bazate pe acceleratori liniari. FCC și China Electron Positron Collider (CEPC) în China, între timp, sunt ciocnitori circulari.

Există diverse argumente în jurul oportunităților fizice ale diferitelor modele de coliziune, dar fizicianul particulelor CERN Patrick Janot și colegul său Alain Blondel susțin că, din cauza consumului mare de energie al oricărui viitor colisionar, ar trebui luat în considerare și impactul semnificativ asupra mediului al proiectelor.

„Propunem ca viitoarele proiecte de fizică de înaltă energie să includă nu numai costul și performanța colizionatorului, ci și amprenta sa de carbon pe rezultatul fizicii și să utilizăm aceste date în proiectarea și alegerea celui „cel mai bun” civizor.” spuse Janot Lumea fizicii.

În analiza lor, cei doi au descoperit că FCC a fost cel mai eficient design energetic, consumând 3 MWh de energie electrică pentru fiecare boson Higgs produs. Următorul cel mai bun a fost CEPC cu 4.1 MWh per boson Higgs, în timp ce designul cel mai consumator de energie este C3 (18 MWh/boson Higgs).

Cercetătorii au examinat apoi intensitatea carbonului a producției de electricitate în diferite țări, sperând să găzduiască un viitor colisionator de mare energie. FCC a fost din nou cel mai bun, emitând 0.17 tone de CO₂ echivalenți (t CO₂ eq.) pe bosonul Higgs produs. Între timp, ILC ar produce de aproximativ 50 de ori mai mult CO₂ echivalenți (9.4 t CO₂ echivalentul pe bosonul Higgs). Emisiile scăzute ale FCC se datorează parțial faptului că aproximativ 80% din energia produsă în Franța provine din centrale nucleare și, prin urmare, în mare parte fără carbon.

Echipa a descoperit că amprenta de carbon a FCC ar putea fi îmbunătățită în continuare dacă designul crește numărul de puncte de interacțiune de la două la patru. În acest scenariu, fiecare boson Higgs produs ar consuma 1.8 MWh de energie și ar emite 0.1 tone de CO₂ echivalente.

Janot adaugă că analiza se concentrează pe impactul asupra mediului al rezultatului fizicii și pe consumul de energie al funcționării fabricii Higgs propuse. El adaugă că face parte dintr-un studiu de fezabilitate mult mai amplu privind FCC, care va acoperi, printre altele, impactul asupra mediului al diferitelor faze ale proiectului. Aceasta va include, de exemplu, construirea de tuneluri și instalarea și funcționarea colisionarelor. Dar el subliniază că „consumul de energie în timpul funcționării este cel mai mare contributor la amprenta de carbon a unui colisionar de mare energie”.

Alti factori

Fizician Kumiko Kotera de la Universitatea Sorbona din Paris, care a efectuat o analiză a amprentei de carbon potențiale a proiectului Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), a declarat Lumea fizicii că consumul de energie și emisiile de carbon per boson Higgs este o comparație sensibilă. Kotera a explicat, totuși, că, pentru a produce o analiză mai precisă a amprentei de carbon, pe lângă consumul de energie al ciocnitorului, trebuie luate în considerare și consumul de energie legat de analiza și simulări de date și alte tehnologii digitale legate, cum ar fi stocarea datelor.

Kotera adaugă că o analiză completă trebuie să ia în considerare și călătoriile internaționale ale membrilor săi, deși ea bănuiește că acest lucru ar consuma mai puțină energie decât operațiunile de coliziune și tehnologiile digitale.

Janot agrees that more can be done, adding that CERN is working on ways to reduce its carbon footprint. These include, among other things, energy recovery, managing electricity consumption to maximise the use of low-carbon sources as well as ways to develop international collaborations that minimise travel.