รอยเท้าคาร์บอนของโรงงานฮิกส์ในอนาคตอาจแตกต่างกันเกือบ 100 เท่า ขึ้นอยู่กับการออกแบบที่เลือกและสถานที่ตั้ง นั่นคือบทสรุปของการวิเคราะห์โดยนักฟิสิกส์ในยุโรปที่ได้ศึกษาผู้สืบทอดศักยภาพของ Large Hadron Collider (LHC) ของ CERN ผู้วิจัยสรุปว่าเสนอ อนาคต Circular Collider (FCC) ซึ่งจะมีฐานอยู่ที่ CERN และเชื่อมโยงกับ LHC จะเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากที่สุด เนื่องจากจะใช้พลังงานน้อยลงและปล่อยก๊าซคาร์บอนต่อฮิกส์โบซอนที่ผลิตได้ต่ำกว่าการออกแบบที่แข่งขันกัน (arXiv: 2208.10466).
หลังจากการค้นพบฮิกส์โบซอนในปี 2012 ที่ LHC นักฟิสิกส์ของอนุภาคกำลังวางแผนที่จะสร้างเครื่องชนกันของอนุภาคที่ทรงพลังยิ่งขึ้น เครื่องจักรแห่งอนาคตที่เรียกว่า Higgs Factory จะชนอิเล็กตรอนด้วยโพซิตรอนเพื่อให้สามารถตรวจสอบคุณสมบัติของ Higgs boson และอนุภาคอื่นๆ ได้อย่างละเอียดมากขึ้น
ขณะนี้มีข้อเสนอ XNUMX ข้อสำหรับเครื่องชนโพซิตรอน-อิเล็กตรอนพลังงานสูง โดยมี เครื่องชนเชิงเส้นนานาชาติ (ILC) ในญี่ปุ่น Cool Copper Collider (C3) ในสหรัฐอเมริกาและ เครื่องชนเชิงเส้นขนาดกะทัดรัด ที่ CERN ทั้งหมดใช้ตัวเร่งความเร็วเชิงเส้น FCC และ เครื่องชนอิเล็กตรอนโพซิตรอนของจีน ในขณะเดียวกัน (CEPC) ในประเทศจีนนั้นเป็นการชนกันแบบวงกลม
มีข้อโต้แย้งมากมายเกี่ยวกับโอกาสทางฟิสิกส์ของการออกแบบ Collider ที่แตกต่างกัน แต่นักฟิสิกส์อนุภาคของ CERN แพทริก เจนอต และเพื่อนร่วมงานของเขา Alain Blondel ให้เหตุผลว่าเนื่องจาก Collider ในอนาคตมีการใช้พลังงานสูง จึงควรคำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่สำคัญของการออกแบบด้วย
“เรากำลังเสนอว่าโครงการฟิสิกส์พลังงานสูงในอนาคตไม่เพียงรวมถึงต้นทุนและประสิทธิภาพของ Collider เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงรอยเท้าคาร์บอนต่อผลลัพธ์ทางฟิสิกส์ด้วย และเพื่อใช้ข้อมูลเหล่านี้ในการออกแบบและทางเลือกของ Collider ที่ 'ดีที่สุด'” จารย์ต๊ะบอก โลกฟิสิกส์.
นักวิจัยวิเคราะห์รอยเท้าคาร์บอนของการทดลองนิวตริโนที่วางแผนไว้
ในการวิเคราะห์ของพวกเขา ทั้งคู่พบว่า FCC เป็นการออกแบบที่ประหยัดพลังงานมากที่สุด โดยใช้พลังงานไฟฟ้า 3 MWh ต่อ Higgs boson แต่ละตัวที่ผลิตได้ อันดับถัดไปที่ดีที่สุดคือ CEPC ที่ 4.1 MWh ต่อ Higgs boson ในขณะที่การออกแบบที่ใช้พลังงานมากที่สุดคือ C3 (18 MWh/Higgs boson)
จากนั้นนักวิจัยได้ตรวจสอบความเข้มข้นของคาร์บอนในการผลิตไฟฟ้าในประเทศต่างๆ โดยหวังว่าจะเป็นเจ้าภาพในการชนกันของพลังงานสูงในอนาคต FCC ทำได้ดีที่สุดอีกครั้ง โดยปล่อย CO 0.17 ตัน2 เทียบเท่า (t CO2 eq.) ต่อ Higgs boson ที่ผลิตได้ ในขณะเดียวกัน ILC จะสร้าง CO เพิ่มขึ้นประมาณ 50 เท่า2 เทียบเท่า (9.4 ตัน CO2 เท่ากับ ต่อฮิกส์โบซอน) การปล่อยมลพิษต่ำของ FCC ส่วนหนึ่งเป็นเพราะประมาณ 80% ของพลังงานที่ผลิตในฝรั่งเศสมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ดังนั้นส่วนใหญ่จึงปราศจากคาร์บอน
ทีมงานพบว่ารอยเท้าคาร์บอนของ FCC สามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้หากการออกแบบเพิ่มจำนวนจุดโต้ตอบจากสองเป็นสี่จุด ในสถานการณ์สมมตินี้ Higgs boson แต่ละตัวที่ผลิตได้จะใช้พลังงาน 1.8 MWh และปล่อย CO 0.1 ตัน2 เทียบเท่า
Janot เสริมว่าการวิเคราะห์มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของผลลัพธ์ทางฟิสิกส์และการใช้พลังงานของการดำเนินงานโรงงาน Higgs ที่เสนอ เขาเสริมว่าเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาความเป็นไปได้ที่มีขนาดใหญ่กว่ามากใน FCC ซึ่งจะครอบคลุมถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระยะต่างๆ ของโครงการ ซึ่งจะรวมถึงการสร้างอุโมงค์และการติดตั้งและการทำงานของเครื่องชนกัน แต่เขาชี้ให้เห็นว่า "การใช้พลังงานระหว่างการทำงานเป็นตัวการใหญ่ที่สุดที่ทำให้เกิดคาร์บอนฟุตพรินต์ของ Collider พลังงานสูง"
ปัจจัยอื่น ๆ
นักฟิสิกส์ คุมิโกะ โคเทระ จากมหาวิทยาลัยซอร์บอนน์ในกรุงปารีส ซึ่งดำเนินการวิเคราะห์คาร์บอนฟุตพริ้นท์ที่เป็นไปได้ของโครงการ Giant Array for Neutrino Detection (GRAND) กล่าว โลกฟิสิกส์ การใช้พลังงานและการปล่อยคาร์บอนต่อฮิกส์โบซอนนั้นเป็นการเปรียบเทียบที่สมเหตุสมผล อย่างไรก็ตาม Kotera อธิบายว่าเพื่อสร้างการวิเคราะห์คาร์บอนฟุตพริ้นท์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น นอกเหนือจากการใช้พลังงานของ Collider แล้ว การใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ข้อมูลและการจำลอง และเทคโนโลยีดิจิทัลอื่นๆ ที่เชื่อมโยงกัน เช่น การจัดเก็บข้อมูล ก็จำเป็นต้องได้รับการพิจารณาเช่นกัน
CERN อนุมัติการทำงานเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Future Circular Collider – แต่ชะลอการตัดสินใจขั้นสุดท้าย
Kotera เสริมว่าการวิเคราะห์ทั้งหมดจำเป็นต้องคำนึงถึงการเดินทางระหว่างประเทศของสมาชิกด้วย แม้ว่าเธอสงสัยว่าการดำเนินการนี้จะใช้พลังงานน้อยกว่าการดำเนินการของ Collider และเทคโนโลยีดิจิทัล
Janot ยอมรับว่าสามารถทำได้มากกว่านี้ และเสริมว่า CERN กำลังดำเนินการหาวิธีลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เหนือสิ่งอื่นใด ได้แก่ การนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ การจัดการการใช้ไฟฟ้าเพื่อเพิ่มการใช้แหล่งคาร์บอนต่ำให้เกิดประโยชน์สูงสุด ตลอดจนแนวทางการพัฒนาความร่วมมือระหว่างประเทศที่ลดการเดินทางให้น้อยที่สุด
