Вуглецевий слід майбутньої фабрики Хіггса може змінюватися майже в 100 разів залежно від обраного дизайну та його розташування. До такого висновку прийшли європейські фізики, які вивчали потенційних наступників Великого адронного колайдера (LHC) CERN. Дослідники приходять до висновку, що запропоноване Майбутній круговий колайдер (FCC), який базувався б у CERN і був би пов’язаний з LHC, був би найбільш екологічно чистим, оскільки він споживав би менше енергії та виробляв би менші викиди вуглецю на вироблений бозон Хіггса, ніж конкуруючі конструкції (arXiv: 2208.10466).
Після відкриття бозона Хіггса в 2012 році на LHC фізики елементарних частинок планують побудувати більш потужний колайдер елементарних частинок. Майбутня машина, відома як фабрика Хіггса, розбиватиме електрони позитронами, щоб дозволити більш детальне дослідження властивостей бозона Хіггса та інших частинок.
На даний момент існує п’ять пропозицій щодо високоенергетичного позитронно-електронного колайдера Міжнародний лінійний коллайдер (ILC) в Японії, Cool Copper Collider (C3) в США та Компактний лінійний коллайдер у ЦЕРНі всі засновані на лінійних прискорювачах. FCC і Китайський електрон-позитронний колайдер (CEPC) у Китаї, тим часом, є кругові колайдери.
Існують різні аргументи щодо фізичних можливостей різних конструкцій колайдерів, але фізик з ЦЕРНу Патрік Джано і його колега Ален Блондель стверджують, що через високе енергоспоживання будь-якого майбутнього колайдера слід також враховувати значний вплив проектів на навколишнє середовище.
«Ми пропонуємо, щоб майбутні проекти з фізики високих енергій включали не тільки вартість і продуктивність колайдера, але й його вуглецевий слід за фізикою, і використовували ці дані при проектуванні та виборі «найкращого» колайдера», Жанот сказав Світ фізики.
Дослідники аналізують вуглецевий слід запланованого нейтринного експерименту
У своєму аналізі дует виявив, що FCC є найбільш енергоефективною конструкцією, споживаючи 3 МВт-год електроенергії на кожен вироблений бозон Хіггса. Наступним найкращим був CEPC із 4.1 МВт-год на бозон Хіггса, тоді як найбільш енергоємним є дизайн C3 (18 МВт-год/бозон Хіггса).
Потім дослідники дослідили вуглецеву інтенсивність виробництва електроенергії в різних країнах, які сподівалися прийняти майбутній високоенергетичний колайдер. FCC знову був найкращим, викидаючи 0.17 тонни CO2 еквівалент (т CO2 екв.) на утворений бозон Хіггса. Тим часом ILC вироблятиме приблизно в 50 разів більше CO2 еквівалент (9.4 т CO2 екв. на бозон Хіггса). Низький рівень викидів FCC пояснюється частково тим, що близько 80% енергії, виробленої у Франції, виробляється на атомних станціях, і тому здебільшого не містить вуглецю.
Команда виявила, що вуглецевий слід FCC можна було б покращити, якщо збільшити кількість точок взаємодії з двох до чотирьох. У цьому сценарії кожен утворений бозон Хіггса споживатиме 1.8 МВт-год енергії та викидатиме 0.1 тонни CO2 еквіваленти
Джано додає, що аналіз зосереджений на впливі фізичних результатів на навколишнє середовище та споживанні енергії під час роботи запропонованої фабрики Хіггса. Він додає, що це частина значно більшого техніко-економічного обґрунтування FCC, яке охоплюватиме, серед іншого, вплив різних етапів проекту на навколишнє середовище. Це включатиме, наприклад, будівництво тунелю, встановлення та експлуатацію колайдерів. Але він зазначає, що «споживання енергії під час роботи є найбільшим внеском у вуглецевий слід високоенергетичного колайдера».
Інші фактори
Фізик Куміко Котера з університету Сорбонни в Парижі, який провів аналіз потенційного вуглецевого сліду проекту Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), сказав Світ фізики що споживання енергії та викиди вуглецю на бозон Хіггса є розумним порівнянням. Однак Котера пояснив, що для більш точного аналізу вуглецевого сліду, крім енергоспоживання колайдера, також необхідно враховувати споживання енергії, пов’язане з аналізом даних і моделюванням, а також іншими пов’язаними цифровими технологіями, такими як зберігання даних.
ЦЕРН схвалює подальшу роботу над майбутнім коллайдером, але відкладає остаточне рішення
Котера додає, що повний аналіз також повинен враховувати міжнародні поїздки його членів, хоча вона підозрює, що це буде менш енергоємним, ніж роботи колайдера та цифрові технології.
Жанот погоджується, що можна зробити більше, додаючи, що CERN працює над тим, щоб зменшити свій вуглецевий слід. До них належать, серед іншого, рекуперація енергії, управління споживанням електроенергії для максимального використання джерел з низьким вмістом вуглецю, а також шляхи розвитку міжнародного співробітництва, яке мінімізує подорожі.
