Gelecekteki bir Higgs fabrikasının karbon ayak izi, seçilen tasarıma ve konumuna bağlı olarak neredeyse 100 kat değişebilir. Bu, CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) potansiyel halefleri üzerinde çalışan Avrupalı fizikçilerin yaptığı bir analizin sonucudur. Araştırmacılar, önerilen önerinin Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı CERN merkezli ve LHC'ye bağlı olacak olan (FCC), rakip tasarımlara göre daha az enerji tüketeceği ve üretilen Higgs bozonu başına daha düşük karbon emisyonu üreteceği için en çevre dostu olacaktır (arXiv: 2208.10466).
Higgs bozonunun 2012 yılında LHC'de keşfedilmesinin ardından parçacık fizikçileri daha güçlü bir parçacık çarpıştırıcısı yapmayı planlıyor. Higgs fabrikası olarak bilinen gelecekteki makine, Higgs bozonunun ve diğer parçacıkların özelliklerinin daha ayrıntılı araştırılmasına olanak sağlamak için elektronları pozitronlarla parçalayacak.
Şu anda yüksek enerjili bir pozitron-elektron çarpıştırıcısı için beş öneri var. Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı (ILC) Japonya'da, Soğuk Bakır Çarpıştırıcısı (C3) ABD'de ve Kompakt Doğrusal Çarpıştırıcı CERN'de hepsi doğrusal hızlandırıcılara dayanıyor. FCC ve Çin Elektron Pozitron Çarpıştırıcısı Bu arada Çin'deki (CEPC) dairesel çarpıştırıcılardır.
Farklı çarpıştırıcı tasarımlarının fiziki olanakları hakkında çeşitli tartışmalar var ancak CERN parçacık fizikçisi Patrick Janot ve meslektaşı Alain Blondel, gelecekteki herhangi bir çarpıştırıcının yüksek enerji tüketimi nedeniyle tasarımların önemli çevresel etkilerinin de dikkate alınması gerektiğini savunuyor.
"Gelecekteki yüksek enerji fiziği projelerinin yalnızca çarpıştırıcının maliyet ve performansını değil, aynı zamanda fizik sonucuna göre karbon ayak izini de içermesini ve bu verilerin 'en iyi' çarpıştırıcının tasarımında ve seçiminde kullanılmasını öneriyoruz." Janot söyledi Fizik dünyası.
Araştırmacılar planlanan nötrino deneyinin karbon ayak izini analiz ediyor
İkili, analizlerinde FCC'nin ürettiği her Higgs bozonu için 3 MWh elektrik tüketen, enerji açısından en verimli tasarım olduğunu buldu. Bir sonraki en iyi tasarım Higgs bozonu başına 4.1 MWh ile CEPC olurken, en yoğun enerji tasarımı C3'tür (18 MWh/Higgs bozonu).
Araştırmacılar daha sonra gelecekte yüksek enerjili bir çarpıştırıcıya ev sahipliği yapmayı umarak farklı ülkelerdeki elektrik üretiminin karbon yoğunluğunu incelediler. FCC 0.17 ton COXNUMX salımıyla yine en iyisi oldu2 eşdeğerleri (t CO2 eq.) üretilen Higgs bozonu başına. Bu arada ILC yaklaşık 50 kat daha fazla CO üretecek2 eşdeğerleri (9.4 t CO2 eşdeğer. Higgs bozonu başına). FCC'nin düşük emisyonları kısmen Fransa'da üretilen enerjinin yaklaşık %80'inin nükleer santrallerden gelmesi ve dolayısıyla çoğunlukla karbon içermemesinden kaynaklanmaktadır.
Ekip, tasarımın etkileşim noktalarının sayısını ikiden dörde çıkarması durumunda FCC'nin karbon ayak izinin daha da iyileştirilebileceğini buldu. Bu senaryoda üretilen her Higgs bozonu 1.8 MWh enerji tüketecek ve 0.1 ton COXNUMX yayacaktır.2 eşdeğerleri.
Janot, analizin fizik sonuçlarının çevresel etkisine ve önerilen Higgs fabrikasının işletilmesinden kaynaklanan enerji tüketimine odaklandığını ekliyor. Bunun FCC'ye ilişkin çok daha büyük bir fizibilite çalışmasının parçası olduğunu ve diğer hususların yanı sıra projenin farklı aşamalarının çevresel etkilerini de kapsayacağını ekliyor. Bu, örneğin tünel inşasını ve çarpıştırıcıların kurulumunu ve çalışmasını içerecektir. Ancak "yüksek enerjili çarpıştırıcının karbon ayak izine en büyük katkıyı operasyon sırasındaki enerji tüketiminin sağladığına" dikkat çekiyor.
Diğer faktörler
Fizikçi Kumiko Kotera Nötrino Tespiti için Dev Dizi (GRAND) projesinin potansiyel karbon ayak izinin analizini gerçekleştiren Paris'teki Sorbonne Üniversitesi'nden Dr. Fizik dünyası Higgs bozonu başına enerji tüketimi ve karbon emisyonlarının mantıklı bir karşılaştırma olduğu ortaya çıktı. Ancak Kotera, çarpıştırıcının enerji tüketimine ek olarak daha doğru bir karbon ayak izi analizi üretmek için veri analizi ve simülasyonlarla ilgili enerji tüketiminin ve veri depolama gibi diğer bağlantılı dijital teknolojilerin de dikkate alınması gerektiğini açıkladı.
CERN, Gelecekteki Dairesel Çarpıştırıcı üzerinde daha fazla çalışmayı onayladı - ancak nihai kararı erteledi
Kotera, tam bir analizde üyelerinin uluslararası seyahatlerinin de hesaba katılması gerektiğini, ancak bunun çarpıştırıcı operasyonlar ve dijital teknolojilerden daha az enerji açlığı olacağından şüphelendiğini ekliyor.
Janot, daha fazlasının yapılabileceğini kabul ederek CERN'in karbon ayak izini azaltmanın yolları üzerinde çalıştığını da sözlerine ekledi. Bunlar arasında, diğer hususların yanı sıra, enerji geri kazanımı, düşük karbonlu kaynakların kullanımını en üst düzeye çıkarmak için elektrik tüketiminin yönetilmesi ve seyahati en aza indirecek uluslararası işbirlikleri geliştirme yolları yer alıyor.
