De ecologische voetafdruk van een toekomstige Higgs-fabriek kan bijna een factor 100 variëren, afhankelijk van het gekozen ontwerp en de locatie ervan. Dat is de conclusie van een analyse door natuurkundigen in Europa die de potentiële opvolgers van CERN's Large Hadron Collider (LHC) hebben bestudeerd. De onderzoekers concluderen dat het voorgestelde Toekomstige Circulaire Collider (FCC), dat gevestigd zou zijn op CERN en gekoppeld zou zijn aan de LHC, zou het meest milieuvriendelijk zijn omdat het minder energie zou verbruiken en een lagere COXNUMX-uitstoot zou produceren per geproduceerd Higgs-deeltje dan concurrerende ontwerpen.arXiv: 2208.10466).

Na de ontdekking van het Higgsdeeltje in 2012 bij de LHC zijn deeltjesfysici van plan een krachtigere deeltjesversneller te bouwen. De toekomstige machine, bekend als een Higgs-fabriek, zou elektronen met positronen verpletteren om een ​​gedetailleerder onderzoek naar de eigenschappen van het Higgs-deeltje en andere deeltjes mogelijk te maken.

Er zijn momenteel vijf voorstellen voor een hoogenergetische positron-elektronenbotser Internationale Lineaire Collider (ILC) in Japan, de Cool Copper Collider (C3) in de VS en de Compacte lineaire Collider bij CERN allemaal gebaseerd op lineaire versnellers. De FCC en de Chinese elektronenpositronenbotser (CEPC) in China zijn intussen cirkelvormige botsingen.

Er zijn verschillende argumenten rond de natuurkundige mogelijkheden van de verschillende botserontwerpen, maar CERN-deeltjesfysicus Patrick Janot en zijn collega Alain Blondel stellen dat vanwege het hoge energieverbruik van toekomstige botsingen ook rekening moet worden gehouden met de aanzienlijke milieueffecten van de ontwerpen.

“Wij stellen voor dat toekomstige projecten op het gebied van de hoge-energiefysica niet alleen de kosten en prestaties van de botser omvatten, maar ook de ecologische voetafdruk per natuurkundige uitkomst, en deze gegevens te gebruiken bij het ontwerp en de keuze van de ‘beste’ botser,” Janot vertelde het Natuurkunde wereld.

In hun analyse ontdekte het duo dat de FCC het meest energie-efficiënte ontwerp was en 3 MWh elektriciteit verbruikte voor elk Higgs-deeltje dat het produceerde. Het volgende beste was de CEPC met 4.1 MWh per Higgs-deeltje, terwijl het meest energie-intensieve ontwerp de C3 is (18 MWh/Higgs-deeltje).

De onderzoekers onderzochten vervolgens de koolstofintensiteit van de elektriciteitsproductie in de verschillende landen in de hoop een toekomstige hoogenergetische botsing te kunnen organiseren. De FCC was opnieuw de beste, met een uitstoot van 0.17 ton CO₂ equivalenten (t CO₂ eq.) per geproduceerd Higgs-deeltje. De ILC zou ondertussen ongeveer 50 keer meer CO produceren₂ equivalenten (9.4 t CO₂ gelijk. per Higgsdeeltje). De lage uitstoot van de FCC is deels te danken aan het feit dat ongeveer 80% van de in Frankrijk geproduceerde energie afkomstig is van kerncentrales en daarom grotendeels koolstofvrij is.

Het team ontdekte dat de ecologische voetafdruk van de FCC verder zou kunnen worden verbeterd als het ontwerp het aantal interactiepunten zou vergroten van twee naar vier. In dit scenario zou elk geproduceerd Higgs-deeltje 1.8 MWh energie verbruiken en 0.1 ton CO uitstoten₂ equivalenten.

Janot voegt eraan toe dat de analyse zich richt op de milieueffecten van de natuurkundige uitkomst en het energieverbruik van de exploitatie van de voorgestelde Higgs-fabriek. Hij voegt eraan toe dat het deel uitmaakt van een veel grotere haalbaarheidsstudie over de FCC, die onder andere de milieueffecten van verschillende fasen van het project zal onderzoeken. Denk hierbij aan bijvoorbeeld de tunnelbouw en de installatie en bediening van de botsers. Maar hij wijst erop dat “het energieverbruik tijdens de werking de grootste bijdrage levert aan de COXNUMX-voetafdruk van een hoogenergetische botsing”.

Andere factoren

Natuurkundige Kumiko Kotera van de Sorbonne Universiteit in Parijs, die een analyse heeft uitgevoerd van de potentiële COXNUMX-voetafdruk van het Giant Array for Neutrino Detection (GRAND)-project, vertelde Natuurkunde wereld dat energieverbruik en koolstofemissies per Higgs-deeltje een verstandige vergelijking is. Kotera legde echter uit dat om naast het energieverbruik van de botsing ook een nauwkeurigere analyse van de COXNUMX-voetafdruk te kunnen maken, ook rekening moet worden gehouden met het energieverbruik gerelateerd aan data-analyse en simulaties, en andere gekoppelde digitale technologieën, zoals data-opslag.

Kotera voegt eraan toe dat bij een volledige analyse ook rekening moet worden gehouden met internationale reizen van haar leden, hoewel ze vermoedt dat dit minder energieverslindend zou zijn dan botsoperaties en digitale technologieën.

Janot is het ermee eens dat er meer kan worden gedaan, en voegt eraan toe dat CERN werkt aan manieren om zijn ecologische voetafdruk te verkleinen. Deze omvatten onder meer energieterugwinning, elektriciteitsverbruik en manieren om internationale samenwerkingen te ontwikkelen die het reizen minimaliseren.