希格斯玻色子的碳足跡是多少？

歐洲核子研究中心（CERN）領導的一項分析指出，任何一臺超級對撞機都將長達數公里，消耗的能源相當于一個中等城市，但不同設計產生的碳足跡也大不相同。

上個月發表在《歐洲物理雜志Plus》的一項研究發現，CERN提出的一臺機器——位于瑞士日內瓦附近的未來環形對撞機（FCC），只需要使用其最耗能的競爭對手1/6的能量，就可以達到同樣的物理目標。

長期支持建立FCC的作者說，考慮到CERN90%以上的電力來自無碳能源，如核能，FCC的碳足跡將僅為污染最嚴重的替代能源的1%。

CERN已經擁有世界上最強大的粒子加速器——大型強子對撞機（LHC）。2012年，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，并希望通過對它們的精確研究，發現令人興奮的成果。

CERN的Patrick Janot和日內瓦大學的粒子物理學家Alain Blondel，利用已公布的5個主要“希格斯工廠”的設計細節，計算了每一個希格斯玻色子的能量消耗。除了FCC和中國提出的環形正負電子對撞機（CEPC）外，他們還研究了3個線性對撞機——日本計劃已久的國際線性對撞機（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）。

研究每一個希格斯玻色子的能量消耗是有意義的，Janot說，因為“科學研究的能力與產生的希格斯玻色子數量直接相關”。環形對撞機的年能量消耗與線性對撞機相似，但它產生希格斯玻色子的速度更快，因此可以在更短時間內達到相同的科學目標。

研究人員發現，每產生一個希格斯玻色子，FCC將消耗3兆瓦時的電力；CEPC緊隨其后，每個玻色子的能量消耗為4.1兆瓦時；C3則因每個玻色子消耗能量18兆瓦時而墊底。

英國倫敦大學皇家霍洛威分院的粒子物理學家Veronique Boisvert說，在選擇下一臺加速器時，碳排放和成本一樣重要。她補充說，作者的方法是估算這些排放量的第一步。但是，每一個設施的建造和退役所產生的碳排放，以及探測器產生的溫室氣體，都沒有被納入這項研究中，這最終可能和它們運行時的碳足跡一樣重要。

未來，對撞機的碳足跡將是一個非常重要的問題。據《自然》雜志報道，中國科學院高能物理研究所所長王貽芳對此表示贊同。他說，這項研究的方法是合理的，但其使用的許多數據都是基于可能發生變化的假設。他補充說，與目前的估計相比，正在為CEPC改進技術的努力可以減少10%的能源消耗。

美國斯坦福大學粒子物理學家Caterina Vernieri說，C3背后的物理學家也在努力提高能源效率，并探索用可再生能源驅動運行的方法。

Boisvert說，事實上，許多潛在的東道國都計劃在2050年或更早之前實現零碳電網。

Janot說，目前，運行一臺對撞機的碳足跡通常比建造對撞機的碳足跡要大。他指出，當電力實現無碳排放時，與土木工程相關的排放量可能也會下降。如果算上建筑產生的排放，FCC每個希格斯玻色子的碳足跡大約會翻一番，但總排放量仍遠低于線性加速器單獨運行時的碳排放。

Janot說，在選擇建造世界上下一臺對撞機時考慮到環境問題有助于研究人員獲得政府和公眾的支持。