Lượng khí thải carbon của một nhà máy Higgs trong tương lai có thể thay đổi theo hệ số gần như 100, tùy thuộc vào thiết kế được chọn và vị trí của nó. Đó là kết luận của một phân tích của các nhà vật lý ở châu Âu, những người đã nghiên cứu những người kế vị tiềm năng cho Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) của CERN. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng đề xuất Máy va chạm tròn tương lai (FCC), có trụ sở tại CERN và được liên kết với LHC, sẽ thân thiện với môi trường nhất vì nó sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn và tạo ra lượng khí thải carbon trên mỗi boson Higgs thấp hơn so với các thiết kế cạnh tranh (arXiv: 2208.10466).
Sau khi phát hiện ra boson Higgs vào năm 2012 tại LHC, các nhà vật lý hạt đang lên kế hoạch xây dựng một máy va chạm hạt mạnh hơn. Cỗ máy tương lai, được gọi là nhà máy Higgs, sẽ đập vỡ các electron bằng positron để cho phép nghiên cứu chi tiết hơn các tính chất của boson Higgs và các hạt khác.
Hiện tại có năm đề xuất cho một máy va chạm positron-electron năng lượng cao, với Máy va chạm tuyến tính quốc tế (ILC) ở Nhật Bản, Cool Copper Collider (C3) ở Mỹ và Máy gia tốc tuyến tính nhỏ gọn tại CERN tất cả đều dựa trên máy gia tốc tuyến tính. FCC và Máy va chạm Positron Electron Trung Quốc (CEPC) ở Trung Quốc, trong khi đó, là máy va chạm tròn.
Có nhiều tranh luận xung quanh cơ hội vật lý của các thiết kế máy va chạm khác nhau, nhưng nhà vật lý hạt CERN Patrick Janot và đồng nghiệp của ông Alain Blondel lập luận rằng do mức tiêu thụ năng lượng cao của bất kỳ máy va chạm nào trong tương lai, tác động đáng kể đến môi trường của các thiết kế cũng cần được xem xét.
“Chúng tôi đang đề xuất rằng các dự án vật lý năng lượng cao trong tương lai không chỉ bao gồm chi phí và hiệu suất của máy va chạm, mà còn cả lượng khí thải carbon của nó trên mỗi kết quả vật lý, đồng thời sử dụng những dữ liệu này trong thiết kế và lựa chọn máy va chạm 'tốt nhất'," Janot nói Thế giới vật lý.
Các nhà nghiên cứu phân tích lượng khí thải carbon của thí nghiệm neutrino đã lên kế hoạch
Trong phân tích của họ, bộ đôi nhận thấy rằng FCC là thiết kế tiết kiệm năng lượng nhất, tiêu thụ 3 MWh điện cho mỗi boson Higgs mà nó tạo ra. Tốt nhất tiếp theo là CEPC ở mức 4.1 MWh mỗi boson Higgs, trong khi thiết kế sử dụng nhiều năng lượng nhất là C3 (18 MWh/boson Higgs).
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra cường độ carbon của quá trình sản xuất điện ở các quốc gia khác nhau với hy vọng sẽ tổ chức một máy va chạm năng lượng cao trong tương lai. FCC một lần nữa là tốt nhất, thải ra 0.17 tấn CO2 đương lượng (t CO2 tương đương) trên mỗi boson Higgs được tạo ra. Trong khi đó, ILC sẽ tạo ra lượng CO nhiều hơn khoảng 50 lần2 đương lượng (9.4 t CO2 tương đương mỗi boson Higgs). Lượng khí thải thấp của FCC một phần là do khoảng 80% năng lượng được sản xuất ở Pháp là từ các nhà máy hạt nhân và do đó hầu hết không có carbon.
Nhóm nhận thấy rằng lượng khí thải carbon của FCC có thể được cải thiện hơn nữa nếu thiết kế tăng số lượng điểm tương tác từ hai lên bốn. Trong kịch bản này, mỗi boson Higgs được tạo ra sẽ tiêu thụ 1.8 MWh năng lượng và thải ra 0.1 tấn COXNUMX2 tương đương.
Janot cho biết thêm rằng phân tích tập trung vào tác động môi trường của kết quả vật lý và mức tiêu thụ năng lượng khi vận hành nhà máy Higgs được đề xuất. Ông nói thêm rằng đó là một phần của nghiên cứu khả thi lớn hơn nhiều về FCC, nghiên cứu này sẽ bao gồm những thứ khác, tác động môi trường của các giai đoạn khác nhau của dự án. Điều này sẽ bao gồm, ví dụ, xây dựng đường hầm, lắp đặt và vận hành máy va chạm. Nhưng ông chỉ ra rằng “mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình vận hành là nguyên nhân lớn nhất tạo ra lượng khí thải carbon của máy va chạm năng lượng cao”.
Những yếu tố khác
Vật lý Kumiko Kotera từ Đại học Sorbonne ở Paris, người đã thực hiện phân tích lượng khí thải carbon tiềm ẩn của dự án Mảng khổng lồ để phát hiện neutrino (GRAND), cho biết Thế giới vật lý mức tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải carbon trên mỗi boson Higgs là một phép so sánh hợp lý. Tuy nhiên, Kotera giải thích rằng để tạo ra phân tích lượng khí thải carbon chính xác hơn ngoài mức tiêu thụ năng lượng của máy va chạm, mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến phân tích và mô phỏng dữ liệu cũng như các công nghệ kỹ thuật số được liên kết khác, chẳng hạn như lưu trữ dữ liệu, cũng cần được xem xét.
CERN phê duyệt công việc tiếp theo trên Máy va chạm tròn tương lai - nhưng trì hoãn quyết định cuối cùng
Kotera cho biết thêm rằng một phân tích đầy đủ cũng cần tính đến việc đi lại quốc tế của các thành viên, mặc dù cô nghi ngờ rằng điều này sẽ ít tiêu tốn năng lượng hơn so với hoạt động của máy va chạm và công nghệ kỹ thuật số.
Janot đồng ý rằng có thể làm được nhiều việc hơn nữa, đồng thời nói thêm rằng CERN đang tìm cách giảm lượng khí thải carbon của mình. Chúng bao gồm, trong số những thứ khác, phục hồi năng lượng, quản lý mức tiêu thụ điện để tối đa hóa việc sử dụng các nguồn carbon thấp cũng như các cách để phát triển hợp tác quốc tế nhằm giảm thiểu việc đi lại.
