Scienza ed emissioni: uno studio del CERN analizza la carbon footprint del bosone di Higgs

Anche la ricerca fisica ha il suo prezzo da pagare in termini di emissioni di CO2, soprattutto se parliamo di super collisori, macchinari enormi, lunghi chilometri e dal consumo energetico paragonabile a quello di una città di medie dimensioni, fondamentali per lo studio del bosone di Higgs.

Secondo il CERN - il laboratorio europeo di fisica delle particelle che dieci anni fa, grazie al Large Hadron Collider, scoprì il bosone di Higgs - dal momento che le impronte di carbonio sono molto diverse a seconda del macchinario utilizzato, è necessario tenere in grande considerazione questo aspetto nel scegliere quale adottare.

Il modello proposto dallo stesso centro, il Future Circular Collider (FCC) vicino a Ginevra, in Svizzera, utilizzerebbe solo un sesto dell'energia dei suoi rivali a più alta intensità di energia per raggiungere gli stessi obiettivi di fisica, come afferma uno studio pubblicato in The European Physical Journal, e riportato dalla testata Nature.

Le credenziali energetiche della FCC migliorano ancora quando vengono prese in considerazione le varie fonti di energia che alimentano la rete elettrica in ogni sito, affermano gli autori; considerando che già ora oltre il 90% dell'elettricità al CERN proviene da fonti prive di emissioni di carbonio, l'impatto ambientale della FCC sarebbe solo l'1% dell'alternativa più inquinante.

Patrick Janot del CERN e Alain Blondel, fisico delle particelle dell'Università di Ginevra, hanno utilizzato i dettagli di cinque importanti progetti di "fabbrica di Higgs" per calcolare il consumo di energia per bosone di Higgs per ciascuno.

Oltre alla FCC e al Circular Electron Positron Collider (CEPC) proposto dalla Cina, hanno esaminato tre progetti di collider lineari: un International Linear Collider (ILC) a lunga pianificazione in Giappone, il Compact Linear Collider (CLIC) del CERN e il Cool Copper Collider (C3), un acceleratore compatto con sede negli Stati Uniti.

Dal confronto è emerso che i collisori circolari tendono ad avere un consumo energetico annuale simile a quelli lineari, ma generano bosoni di Higgs più velocemente, potendo idealmente raggiungere gli stessi obiettivi scientifici dei modelli lineari in un tempo più breve.

Apparentemente la strada migliore da percorrere vede i collisori circolari preferibili a quelli lineari, ma anche all’interno di questa categoria le variabili sono molto numerose. La FCC del CERN, ad esempio, necessita di solo 3 megawattora di elettricità per bosone di Higgs prodotto, contro il CEPC cinese che ne richiede 4,1 per lo stesso risultato, ma secondo Wang Yifang, direttore dell'Istituto di fisica delle alte energie (IHEP) di Pechino e pioniere del CEPC, i metodi dello studio, pur essendo validi, utilizzano largamente cifre basate su ipotesi che potrebbero cambiare in tempi relativamente brevi. Gli sforzi in corso per perfezionare la tecnologia per il CEPC, sottolinea Wang, potrebbero ridurre il consumo di energia del 10% rispetto alle stime attuali.

Quando si tratta di selezionare il prossimo acceleratore, le emissioni di carbonio saranno importanti quanto il costo, afferma Veronique Boisvert, fisica delle particelle alla Royal Holloway University di Londra, secondo cui l'approccio degli autori è un buon primo passo verso la stima di queste emissioni, ma non si è tenuto conto dell’inquinamento prodotto dalla costruzione, dalla disattivazione di ciascuna struttura e dai gas serra generati dai rivelatori. Tutti aspetti che potrebbero finire per essere importanti quanto le impronte operative dei singoli super collisori.

Inoltre, il graduale aumento dell'energia rinnovabile nei paesi ospitanti potrebbe anche far "cambiare drasticamente" le conclusioni del documento, aggiunge Wang, osservando che la Cina prevede di ridurre la percentuale della sua energia proveniente dai combustibili fossili dall'83% di oggi al 64% nel 2035, quando il CEPC dovrebbe diventare operativo.

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