未來希格斯工廠誰更“綠”?不同設計方案的碳足跡可能相差百倍

根據選址與設計的不同，未來希格斯工廠的碳足跡幾乎可以相差100倍。這是近期一項研究得出的結論，它比較了不同的希格斯工廠在每個單位物理學產出方面對環境的影響。根據分析結論，電子-正電子希格斯工廠（FCC-ee）是目前在這方面表現最好的設計，與其他設計相比，它產生希格斯玻色子的單位能耗更少，產生的碳排放量更低。

CERN的LHC加速器

科學家面臨的挑戰在於，如何設計一個對氣候影響最小的科學設施。2012年，歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）發現了希格斯玻色子，這種粒子與賦予物質質量的場有關，但LHC產生的希格斯玻色子很少。目前，物理學家想要耗資數十億美元打造“希格斯工廠”，用來專門生產這種粒子，並希望透過對它們的精確研究，發現令人興奮的成果。

CERN的帕特里克·雅諾特和日內瓦大學的粒子物理學家阿蘭·布朗德爾，利用已公佈的五個主要希格斯工廠的設計細節，計算了產生每一個希格斯玻色子的能量消耗。這五個希格斯工廠分別是歐洲核子中心規劃的未來環形對撞機（FCC-ee）、中國提出的環形正負電子對撞機（CEPC）、日本的國際線性對撞機（ILC）、CERN的緊湊型線性對撞機（CLIC）和美國緊湊型加速器“冷銅對撞機”（C3）。

對於希格斯工廠來說，其科研能力與生產希格斯玻色子的數量直接相關。假設希格斯工廠A每年生產4萬個希格斯玻色子，耗能為0。5太瓦時；而希格斯工廠B每年生產40萬個希格斯玻色子，耗能為1太瓦時。如果物理學家需要100萬個希格斯玻色子來做研究，那麼希格斯工廠A需要25年才能滿足，而希格斯工廠B只需要2。5年。就能耗而言，這相當於希格斯工廠A需耗能12。5太瓦時，而希格斯工廠B只需耗能2。5太瓦時（儘管B工廠每年消耗的能源是A的兩倍）。由此可見，相比於年度總能耗，每個希格斯玻色子所消耗的能量是更合適的評估指標。

經過考察和計算，研究人員發現，FCC-ee是最節能的，它每生產一個希格斯玻色子僅消耗3兆瓦時的電力——其次是CEPC，每個希格斯玻色子消耗4。1兆瓦時，而最耗能的設計是C3，其能耗高達18兆瓦時/希格斯玻色子。

在這項分析中，FCC-ee被假定為只有兩個探測器。如果有四個探測器，FCC-ee的估值將被除以係數1。7。在這種情況下，每產生一個希格斯玻色子只需消耗1。8兆瓦時能源，並排放0。1噸二氧化碳當量。

調研還涉及建築物和探測器的環境足跡等內容，將在後續論文中陸續發表。人類正在經歷前所未有的氣候變化，因此在選擇下一代科學設施時，既要努力將科學成果最大化，也要將環境問題考慮在內。

作者：慕子嵐/編譯

圖片：CERN官網

【來源：文匯網】

宣告：轉載此文是出於傳遞更多資訊之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯絡，我們將及時更正、刪除，謝謝。 郵箱地址：newmedia@xxcb。cn