7月5日，歐洲核子研究中心(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)開始收集數(shù)據(jù)，這標(biāo)志著3年中斷期的結(jié)束。它將向16英里(約合25.7公里)長(zhǎng)的環(huán)路相反方向發(fā)射高能粒子束，產(chǎn)生爆炸性碰撞。科學(xué)家們將用高精度探測(cè)器來觀察碰撞，在碎片中篩選能揭示宇宙內(nèi)部運(yùn)作的粒子。
報(bào)道稱，LHC需要大量電力：足夠供一座小城使用的電力。CERN以外的人很容易想知道，為什么一個(gè)物理設(shè)施需要這么多電。粒子物理學(xué)家知道這些需求是極端的，他們中的許多人試圖讓未來的對(duì)撞機(jī)更高效。
曾在紐約的布魯克黑文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作的物理學(xué)家托馬斯·羅澤說：“我認(rèn)為，業(yè)內(nèi)越來越意識(shí)到，如果可能的話，加速器設(shè)施需要降低能源消耗。”
科學(xué)家已經(jīng)在為L(zhǎng)HC擬議中的繼任者——所謂的未來環(huán)形對(duì)撞機(jī)(FCC)制定計(jì)劃，它的周長(zhǎng)幾乎是LHC的4倍，幾乎包圍了日內(nèi)瓦的大部分地區(qū)。與此同時(shí)，他們正在研究一些有時(shí)出人意料的能源和溫室氣體排放源——以及如何減少溫室氣體排放。
報(bào)道指出，盡管LHC很龐大，能源需求也非常大，但它運(yùn)行起來并不是那么碳密集型的。舉例來說，CERN的電力來自法國(guó)電網(wǎng)，法國(guó)的核電廠使其成為世界上碳依賴程度最低的國(guó)家之一。如若把LHC放置在一個(gè)嚴(yán)重依賴化石燃料的電網(wǎng)的地方，它的氣候足跡將截然不同。
但是，對(duì)撞機(jī)對(duì)氣候的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出日內(nèi)瓦郊區(qū)的一小部分。像CERN這樣的設(shè)施會(huì)產(chǎn)生大量原始數(shù)據(jù)。為處理和分析這些數(shù)據(jù)，粒子物理學(xué)依賴一個(gè)由超級(jí)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)集群和服務(wù)器組成的全球網(wǎng)絡(luò)——眾所周知，它們非常耗電。事實(shí)上，至少有22個(gè)在美國(guó)。
科學(xué)家可以計(jì)劃在低碳電力豐富的地方建造這些網(wǎng)絡(luò)或使用計(jì)算機(jī)。
美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校物理學(xué)教授肯·布盧姆說：“或許我們還應(yīng)該考慮每一個(gè)芯片處理器周期的碳排放量，并將其作為規(guī)劃技術(shù)的一個(gè)因素，就像你考慮成本或電力效率一樣。”
盡管加速器本身只是粒子物理學(xué)碳足跡的一小部分，但倫敦大學(xué)皇家霍洛韋學(xué)院粒子物理學(xué)家韋羅妮克·布瓦韋爾認(rèn)為，研究人員應(yīng)該計(jì)劃降低加速器的能耗。等到FCC在本世紀(jì)40年代和50年代上線時(shí)，“脫碳”意味著它將不得不與比現(xiàn)在更多的汽車和電器爭(zhēng)奪電網(wǎng)資源。她認(rèn)為提前做計(jì)劃是明智之舉。
布瓦韋爾說，減少用電量的目標(biāo)是一樣的，“你仍然需要將能量最小化，但原因不同”。
為了提高效率和節(jié)約能源，科學(xué)家正在研究一些能夠幫助制造“綠色加速器”的技術(shù)。
2019年，康奈爾大學(xué)和布魯克黑文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員推出了一臺(tái)名為“康奈爾-布魯克黑文ERL試驗(yàn)加速器”(CBETA)的加速器原型機(jī)。值得注意的是，在演示中，CBETA回收了科學(xué)家們投入其中的所有能量。
美國(guó)康奈爾大學(xué)物理學(xué)家格奧爾格·霍夫施泰特說：“我們?cè)谝欢ǔ潭壬喜捎昧爽F(xiàn)有技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。”
CBETA發(fā)射高能電子，通過一個(gè)跑道形狀的環(huán)路，這個(gè)環(huán)路可以安裝在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)中。電子每跑“一圈”就獲得一次能量提升。四圈后，加速器可以使電子減速并儲(chǔ)存它們的能量以供再次使用。CBETA使物理學(xué)家們第一次在電子跑了那多圈之后回收能量。
這不是一項(xiàng)新技術(shù)，但隨著粒子物理學(xué)家對(duì)節(jié)能越來越感興趣，F(xiàn)CC的計(jì)劃中也有類似技術(shù)。霍夫施泰特說：“(FCC)有使用能量回收的選項(xiàng)。未粉碎的粒子可以被回收。”
CBETA還通過使用不同的磁體來節(jié)能。大多數(shù)粒子加速器使用電磁鐵來引導(dǎo)粒子沿著圓弧前進(jìn)。電磁鐵通過在其周圍通電來獲得磁力;關(guān)閉開關(guān)，磁場(chǎng)消失。通過使用不需要電力的永磁鐵替代電磁鐵，CBETA可以減少能源使用。
霍夫施泰特說：“這些技術(shù)正在逐漸流行起來。它們正在被認(rèn)可，并被納入新的節(jié)能項(xiàng)目中。”
