Ogljični odtis prihodnje Higgsove tovarne se lahko razlikuje za skoraj faktor 100, odvisno od izbrane zasnove in njene lokacije. To je zaključek analize evropskih fizikov, ki so preučevali morebitne naslednike CERN-ovega velikega hadronskega trkalnika (LHC). Raziskovalci sklepajo, da predlagani Prihodnji krožni trkalnik (FCC), ki bi imel sedež v CERN-u in bi bil povezan z LHC, bi bil najbolj okolju prijazen, saj bi porabil manj energije in proizvedel nižje emisije ogljika na proizvedeni Higgsov bozon kot konkurenčne zasnove (arXiv: 2208.10466).
Po odkritju Higgsovega bozona leta 2012 v LHC fiziki delcev načrtujejo izgradnjo močnejšega trkalnika delcev. Prihodnji stroj, znan kot Higgsova tovarna, bi razbijal elektrone s pozitroni, da bi omogočil podrobnejšo raziskavo lastnosti Higgsovega bozona in drugih delcev.
Trenutno obstaja pet predlogov za visokoenergijski trkalnik pozitron-elektron, vključno z Mednarodni linearni trkalnik (ILC) na Japonskem, Cool Copper Collider (C3) v ZDA in Kompaktni linearni trkalnik v CERN-u vse temelji na linearnih pospeševalnikih. FCC in Kitajski trkalnik elektronov in pozitronov (CEPC) na Kitajskem so medtem krožni trkalniki.
Obstajajo različni argumenti o fizikalnih priložnostih različnih zasnov trkalnikov, vendar CERN-ov fizik delcev Patrick Janot in njegov kolega Alain Blondel trdita, da je treba zaradi visoke porabe energije vsakega prihodnjega trkalnika upoštevati tudi pomemben vpliv zasnove na okolje.
"Predlagamo, da prihodnji visokoenergijski fizikalni projekti ne vključujejo samo stroškov in zmogljivosti trkalnika, temveč tudi njegov ogljični odtis na fizikalni rezultat, in da te podatke uporabimo pri načrtovanju in izbiri 'najboljšega' trkalnika," je povedal Janot Svet fizike.
Raziskovalci analizirajo ogljični odtis načrtovanega eksperimenta z nevtrini
V svoji analizi je dvojec ugotovil, da je FCC najbolj energetsko učinkovit dizajn, saj porabi 3 MWh električne energije za vsak Higgsov bozon, ki ga proizvede. Naslednji najboljši je bil CEPC pri 4.1 MWh na Higgsov bozon, medtem ko je energetsko najbolj intenzivna zasnova C3 (18 MWh/Higgsov bozon).
Raziskovalci so nato preučili ogljično intenzivnost proizvodnje električne energije v različnih državah, ki so upale, da bodo gostile prihodnji visokoenergijski trkalnik. FCC je bil spet najboljši, saj je izpustil 0.17 tone CO2 ekvivalenti (t CO2 ekv.) na proizvedeni Higgsov bozon. ILC bi medtem proizvedel približno 50-krat več CO2 ekvivalentov (9.4 t CO2 en. na Higgsov bozon). Nizke emisije FCC so deloma posledica tega, da približno 80 % energije, proizvedene v Franciji, izvira iz jedrskih elektrarn in zato večinoma brez ogljika.
Ekipa je ugotovila, da bi lahko ogljični odtis FCC še izboljšali, če bi zasnova povečala število interakcijskih točk z dveh na štiri. V tem scenariju bi vsak proizvedeni Higgsov bozon porabil 1.8 MWh energije in izpustil 0.1 tone CO2 ekvivalenti.
Janot dodaja, da se analiza osredotoča na okoljski vpliv rezultatov fizike in porabo energije pri delovanju predlagane Higgsove tovarne. Dodaja, da je del veliko večje študije izvedljivosti o FCC, ki bo med drugim zajemala vpliv različnih faz projekta na okolje. To bo na primer vključevalo gradnjo predorov ter namestitev in delovanje trkalnikov. Vendar poudarja, da "poraba energije med delovanjem največ prispeva k ogljičnemu odtisu visokoenergetskega trkalnika".
Drugi dejavniki
Fizik Kumiko Kotera z Univerze Sorbona v Parizu, ki je opravil analizo potencialnega ogljičnega odtisa projekta Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), je povedal Svet fizike da je poraba energije in emisija ogljika na Higgsov bozon smiselna primerjava. Kotera pa je pojasnil, da je treba za izdelavo natančnejše analize ogljičnega odtisa poleg porabe energije trkalnika upoštevati tudi porabo energije, povezano z analizo podatkov in simulacijami ter drugimi povezanimi digitalnimi tehnologijami, kot je shranjevanje podatkov.
CERN odobri nadaljnje delo na prihodnjem krožnem trkalniku – vendar odloži končno odločitev
Kotera dodaja, da mora popolna analiza upoštevati tudi mednarodna potovanja njenih članov, čeprav sumi, da bi bilo to manj energetsko lačno kot operacije trkalnika in digitalne tehnologije.
Janot se strinja, da je mogoče narediti več, in dodaja, da CERN išče načine za zmanjšanje svojega ogljičnega odtisa. Ti med drugim vključujejo predelavo energije, upravljanje porabe električne energije za čim večjo uporabo nizkoogljičnih virov ter načine za razvoj mednarodnega sodelovanja, ki zmanjšuje potovanja.
