美媒：粒子加速器將迎來綠色革命

　　參考消息網8月4日報道 據美國《大眾科學》月刊網站近日報道，7月5日，歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）開始收集數據，這標誌着3年中斷期的結束。它將向16英里（約合25.7公里）長的環路相反方向發射高能粒子束，產生爆炸性碰撞。科學家們將用高精度探測器來觀察碰撞，在碎片中篩選能揭示宇宙內部運作的粒子。

　　報道稱，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，為什麼一個物理設施需要這麼多電。粒子物理學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撞機更高效。

　　曾在紐約的布魯克黑文國家實驗室工作的物理學家托馬斯·羅澤説：「我認為，業內越來越意識到，如果可能的話，加速器設施需要降低能源消耗。」

　　科學家已經在為LHC擬議中的繼任者——所謂的未來環形對撞機（FCC）制定計劃，它的周長幾乎是LHC的4倍，幾乎包圍了日內瓦的大部分地區。與此同時，他們正在研究一些有時出人意料的能源和温室氣體排放源——以及如何減少温室氣體排放。

　　報道指出，儘管LHC很龐大，能源需求也非常大，但它運行起來並不是那麼碳密集型的。舉例來説，CERN的電力來自法國電網，法國的核電廠使其成為世界上碳依賴程度最低的國家之一。如若把LHC放置在一個嚴重依賴化石燃料的電網的地方，它的氣候足跡將截然不同。

　　但是，對撞機對氣候的影響遠遠超出日內瓦郊區的一小部分。像CERN這樣的設施會產生大量原始數據。為處理和分析這些數據，粒子物理學依賴一個由超級計算機、計算機集羣和服務器組成的全球網絡——衆所周知，它們非常耗電。事實上，至少有22個在美國。

　　科學家可以計劃在低碳電力豐富的地方建造這些網絡或使用計算機。

　　美國內布拉斯加大學林肯分校物理學教授肯·布盧姆説：「或許我們還應該考慮每一個芯片處理器周期的碳排放量，並將其作為規劃技術的一個因素，就像你考慮成本或電力效率一樣。」

　　儘管加速器本身只是粒子物理學碳足跡的一小部分，但倫敦大學皇家霍洛韋學院粒子物理學家韋羅妮克·布瓦韋爾認為，研究人員應該計劃降低加速器的能耗。等到FCC在本世紀40年代和50年代上線時，「脱碳」意味着它將不得不與比現在更多的汽車和電器爭奪電網資源。她認為提前做計劃是明智之舉。

　　布瓦韋爾説，減少用電量的目標是一樣的，「你仍然需要將能量最小化，但原因不同」。

　　爲了提高效率和節約能源，科學家正在研究一些能夠幫助製造「綠色加速器」的技術。

　　2019年，康奈爾大學和布魯克黑文國家實驗室的研究人員推出了一臺名為「康奈爾-布魯克黑文ERL試驗加速器」（CBETA）的加速器原型機。值得注意的是，在演示中，CBETA回收了科學家們投入其中的所有能量。

　　美國康奈爾大學物理學家格奧爾格·霍夫施泰特説：「我們在一定程度上採用了現有技術，對其進行了改進，擴大了其應用範圍。」

　　CBETA發射高能電子，通過一個跑道形狀的環路，這個環路可以安裝在一個倉庫中。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並儲存它們的能量以供再次使用。CBETA使物理學家們第一次在電子跑了那多圈之后回收能量。

　　這不是一項新技術，但隨着粒子物理學家對節能越來越感興趣，FCC的計劃中也有類似技術。霍夫施泰特説：「（FCC）有使用能量回收的選項。未粉碎的粒子可以被回收。」

　　CBETA還通過使用不同的磁體來節能。大多數粒子加速器使用電磁鐵來引導粒子沿着圓弧前進。電磁鐵通過在其周圍通電來獲得磁力；關閉開關，磁場消失。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。

　　霍夫施泰特説：「這些技術正在逐漸流行起來。它們正在被認可，並被納入新的節能項目中。」

責任編輯：李昂