艺术家对未来对撞机探测器的印象:在白色大厅中有一个多边形横截面的金属隧道。

未来的对撞机将产生许多希格斯玻色子，因此研究人员可以探测该粒子的物理性质。图片来源:极地媒体/欧洲核子研究中心

全世界的物理学家都是如此竞相建造地球上的下一个超级对撞机．欧洲粒子物理实验室(CERN)的一位物理学家领导的一项分析指出，任何这样的机器都将长达数公里，消耗的能源相当于一个中等城市——但各种设计的碳足迹可能有很大的不同。

该研究发现，欧洲核子研究中心提出的一种机器，瑞士日内瓦附近的未来环形对撞机(FCC)，在实现同样的物理目标时，只需消耗其最耗能竞争对手的六分之一的能量欧洲物理杂志1．

这些长期支持建立FCC的作者说，如果把每个站点的电网供电的各种能源都考虑在内，FCC的能源信誉就会更好。考虑到欧洲核子研究中心超过90%的电力来自无碳能源，如核能，FCC的碳足迹将仅为污染最严重的替代能源的1%。

耗电的建议。五个“希格斯工厂”对撞机设计的碳足迹对比图。

来源:参考文献1

欧洲核子研究中心已经拥有了世界上最强大的粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)。2012年，大型强子对撞机的物理学家发现了希格斯玻色子，这种粒子与赋予物质质量的场有关。在大型强子对撞机中，希格斯玻色子很少产生。物理学家现在想要一个数十亿美元的“希格斯粒子工厂”，专门生产这种粒子，希望对它们进行精确的详细研究将会带来令人兴奋的发现．

欧洲核子研究中心的帕特里克·雅诺特和日内瓦大学的粒子物理学家阿兰·布伦德尔利用已公布的5个主要“希格斯工厂”设计的细节，计算了每个希格斯玻色子的能量消耗。还有美国联邦通信委员会和中国的拟议的圆形电子正电子对撞机(CEPC)，他们研究了线性对撞机的三种方案:计划已久的国际线性对撞机(ILC)，欧洲核子研究中心自己的紧凑型线性对撞机(CLIC)和冷铜对撞机(C3.)，这是一家位于美国的紧凑型加速器。

观察每个希格斯玻色子的能量消耗是有意义的，因为“科学研究的能力与希格斯玻色子产生的数量直接相关”，Janot说。圆形对撞机的年能耗往往与线性对撞机相近，但它们产生希格斯玻色子的速度更快，因此它们可以在更短的时间内达到相同的科学目标。

研究人员发现，每产生一个希格斯玻色子，FCC将消耗3兆瓦时的电力。CEPC紧随其后，每个玻色子的能量消耗为4.1兆瓦时。线性机器在能源效率方面表现较差，C3.在每玻色子18兆瓦时的功率下垫底(见“耗电建议”)。

伦敦大学皇家霍洛威学院的粒子物理学家Veronique Boisvert说，在选择下一个加速器时，碳排放将和成本一样重要。她补充说，作者的方法是估计这些排放的良好的第一步。但是，每个设施的建设和退役所产生的排放，以及探测器产生的温室气体——这没有被考虑到这项研究中——最终可能和它们的运行足迹一样重要。

改变的假设

未来对撞机的碳足迹是一个非常重要的问题，北京高能物理研究所(IHEP)所长、CEPC的先驱王一芳对此表示赞同。他补充说，这项研究的方法是合理的，但使用的许多数据都是基于可能发生变化的假设。他说，与目前的估计相比，正在为CEPC改进技术的努力可以减少10%的能源消耗。

C背后的物理学家3.加州斯坦福大学的粒子物理学家、设计团队成员Caterina Vernieri说，对撞机也在努力提高能源效率，并探索用可再生能源为操作提供动力的方法。

王补充说，东道国可再生能源的增加也可能导致论文的结论“发生巨大变化”，他指出，中国计划在2035年将化石燃料占能源的比例从目前的83%降低到64%，届时CEPC有望投入使用。Boisvert说，事实上，许多潜在的东道国都计划在2050年或更早之前实现零碳电网。

然而，她说，土木工程过程产生的排放——主要是生产用于隧道的水泥产生的排放——可能仍然难以消除。在那里,C3.可能会有一个优势:与FCC 90公里的周长相比，它只有8公里长，其建设应该有更低的碳足迹。

Janot说，目前，运行对撞机的碳足迹通常比建造对撞机的碳足迹要大。Janot指出，到电力无碳时，与土木工程相关的排放可能也会下降。他说，如果算上建筑产生的排放，FCC每一个希格斯玻色子的碳足迹大约会翻一番，但总排放量仍远低于线性加速器单独运行时的碳足迹。

Janot说，作者进行分析的部分原因是对抗全球变暖对他们两人个人都非常重要。但他说，在选择世界上下一个对撞机时考虑到环境问题也将有助于研究人员获得政府和公众的支持。

Wang说，所有对撞机的设计都应该将能源效率最大化，但建造哪台对撞机的最终决定将基于许多因素，包括总体成本、东道国的投入和国际支持。