粒子物理學界的科學家們正在討論環境和氣候問題。使用粒子對撞機需要大量的能量。首先，對撞機使用超導磁鐵來引導粒子束碰撞在一起。磁體是超導的，這意味著一旦通電，就會以完美的效率導電，而不會因電阻而損失任何能量。但為了保持超導性，這些磁鐵必須冷卻在比外太空更冷的溫度下。這就需要能量。

由于科學家收集和分類大量數據，還需要制冷來防止滿載的服務器過熱，運行這些服務器也需要能源。

“自從發表了關于這個話題的白皮書以來，我們一直對此非常感興趣，”倫敦大學皇家霍洛威學院的教授、作者之一維羅妮克·博伊斯維特說。“在(2022年7月)斯諾馬斯社區會議上，白皮書得到了很多的認可，我認為美國社區肯定認為這是一個重要的話題。”

白皮書論文闡述了物理學可以發揮作用的四個領域：建筑、大功率計算、溫室氣體和旅行。

內布拉斯加大學物理系的教授和系主任、該白皮書的另一位作者肯·布魯姆說：“因此，能夠了解粒子物理學是一個有趣的機會。”

建造

建造一個新的物理裝置，就像計劃中的未來環形對撞機(FCC)一樣，是一個碳密集型排放過程。根據博伊斯弗特和布魯姆研究的白皮書，為FCC的主隧道挖掘和澆筑水泥將釋放23.7萬噸二氧化碳，這相當于在一個主要城市的某個社區重建過程中釋放的量級。

使用更環保、更可持續的建筑材料可以減輕其中的一些影響。例如，綠色水泥的生產不像生產傳統水泥那樣排放大量的碳，這正在成為一種流行的替代品。

改變已建立的工藝和使用新的材料需要花費金錢。但博伊斯維特認為這將成為未來重大建筑項目的常規選擇。

她說：“從某種意義上說，我們習慣于優化的這些成本標準需要考慮到氣候變化因素。如果我們想盡量減少排放，這意味著將使用更昂貴的工藝或材料。我認為到2040年，我們將經常被問到——你們的碳排放是多少，你們如何將它最小化?”

計算

為加速器提供動力并不是與高能物理學相關的唯一能量消耗。收集粒子加速器產生的大量數據同樣需要高性能的計算及能量消耗。

歐洲核子研究中心的數據通過全球大型強子對撞機計算網格傳輸，該網格在42個不同國家擁有超過170個計算站點。這一活動的碳足跡在很大程度上取決于特定地區電網的能源來源。

博伊斯維特說：“當發送計算機工作時，因為使用了世界各地的計算機集群，我們并不一定知道數據確切地去了哪里。即使是兩個相同的、相互競爭的工作，最終可能會造成完全不同的碳排放，這取決于使用的計算機集群和位置。”

如果一個地區的電網使用化石燃料，就很難完全減少碳排放。但是，協調使用盡可能少的能源，比如在一天中電網需求較少的時候進行計算工作，至少有助于減少一些排放。

布魯姆說：“歐洲各機構都在盡早尋求解決方案。人們對能源供應有很多擔憂，我在那里與各種大型計算中心互動，他們都在為可能的裁員做準備。他們可能會迫使我們以一種更節能的方式進行計算。”

溫室氣體

粒子物理實驗中使用的氣體也有助于這個實驗對整體氣候的影響。某些粒子探測器使用的氣體包括氫氟碳化合物(氫氟烴)、全氟碳化合物(PFCs)，甚至是六氟化硫(六氟化硫)。這些氣體導致全球變暖的潛力比二氧化碳高數千倍，當被釋放到大氣中時就會捕獲熱量，從而導致全球氣溫上升。

這些氣體通常用于粒子探測器和冷卻系統。它們是這份工作的好選擇，因為相對便宜，而且它們的分子能承受熱量和壓力。然而，這種容忍度也使它們能夠停留在地球的大氣層中。

根據美國于2022年秋季批準的《蒙特利爾議定書》中的基加利修正案，各國將在2047年前逐步停止使用氫氟烴。這將影響到未來的探測器，但目前這些正在使用的氣體還很難被取代。

布魯姆和博伊斯維特都表示，現在是時候進行研發，為下一代探測器尋找這些氣體的替代品了。

博伊斯維特說：“我們已經習慣于從物理性能方面考慮一個新的設施，并降低成本，使資助機構更容易批準這個項目。但我也想增加一些標準，以考慮到可持續性。”

旅行

該白皮書還提到了與旅行有關的考慮事項。

布魯姆說：“在某些方面我們處于領先地位，因為已經有的這些國際合作，在人員方面可以高度分布。讓我們擅長不需要真正見面就開始工作。”

然而，科學家們仍然定期飛往其他城市和國家參加科學會議，用工作時間輪班收集數據或研究實驗探測器，并與其他研究人員會面討論。

疫情大流行期間線上會議活動的興起，使得人們更有可能線上參會，而不需要長途飛行。該白皮書建議繼續組織線上活動和混合活動。對于現場活動，論文建議優化位置，以盡量減少參與者必須的旅行距離。

作者建議為國際合作創建區域中心，遵循費米實驗室的LHC物理中心，這是從事大型強子對撞機CMS實驗的美國科學家的聚集地。

然而，貝爾圖在一封電子郵件中說：“我個人有點擔心，這些討論實際上是以第一世界為中心的。我記得一個調查，第一個問題是‘你同意坐火車而不是飛機嗎?’這對我們來說根本沒有任何意義。我們這里沒有火車，唯一的選擇是24小時的公交車，或2小時的飛機。”

博伊斯維特表示，她希望找到一個解決方案，以確保所有人都能充分參與，無論他們在世界的哪里。

綜上所述

氣候和環境影響正在世界各地的粒子物理學討論和規劃過程中出現。

博伊斯維特與倫敦的物理學家Chamkaur Ghag、Francesco Spano和David Waters共同為《歐洲戰略更新》撰寫了一份關于氣候影響的白皮書。它由在歐洲工作的近300名物理學家簽署。

2022年9月，CERN舉辦了一場關于如何使粒子物理學更可持續的研討會，討論內容從建造新裝置時使用不同材料，到改變餐飲活動中提供的食物種類等。

最近，正在進行的非洲基礎和應用物理學戰略能源工作組成員也一直在討論不同能源對環境的影響。

關于可持續性的討論也是計劃在日本建造國際直線對撞機的一部分。被稱為“綠色ILC”的一組研究人員正在研究如何使該裝置更加環保。例如使用可再生能源為對撞機供電，以及為當地社區回收和再利用能源。

布魯姆和博伊斯維特繼續在粒子物理學的背景下傳播有關氣候變化的信息。兩人都在大學和活動中進行了演講，并創建了一個網頁，讓粒子物理學界的成員可以在上面表示對該領域可持續性倡議的支持。

博伊斯維特說：“現在是時候開始考慮這些標準了。我們可以用心去做，向其他科學家發出一個強有力的信息，也向政府和社會發出一條強有力的信息。我們認為，‘是的，這就是在氣候緊急情況下生活的意義。無論做什么，都需要考慮到氣候變化的背景，以及怎么做來盡量減少碳排放。’”