美媒：粒子加速器将迎来绿色革命

参考消息网8月4日报道 据美国《大众科学》月刊网站近日报道，美媒7月5日，粒加绿色欧洲核子研究中心（CERN）的速器大型强子对撞机（LHC）开始收集数据，这标志着3年中断期的将迎结束。它将向16英里（约合25.7公里）长的革命环路相反方向发射高能粒子束，产生爆炸性碰撞。美媒科学家们将用高精度探测器来观察碰撞，粒加绿色在碎片中筛选能揭示宇宙内部运作的速器粒子。

报道称，将迎LHC需要大量电力：足够供一座小城使用的革命电力。CERN以外的美媒人很容易想知道，为什么一个物理设施需要这么多电。粒加绿色粒子物理学家知道这些需求是速器极端的，他们中的将迎许多人试图让未来的对撞机更高效。

曾在纽约的革命布鲁克黑文国家实验室工作的物理学家托马斯·罗泽说：“我认为，业内越来越意识到，如果可能的话，加速器设施需要降低能源消耗。”

科学家已经在为LHC拟议中的继任者——所谓的未来环形对撞机（FCC）制定计划，它的周长几乎是LHC的4倍，几乎包围了日内瓦的大部分地区。与此同时，他们正在研究一些有时出人意料的能源和温室气体排放源——以及如何减少温室气体排放。

报道指出，尽管LHC很庞大，能源需求也非常大，但它运行起来并不是那么碳密集型的。举例来说，CERN的电力来自法国电网，法国的核电厂使其成为世界上碳依赖程度最低的国家之一。如若把LHC放置在一个严重依赖化石燃料的电网的地方，它的气候足迹将截然不同。

但是，对撞机对气候的影响远远超出日内瓦郊区的一小部分。像CERN这样的设施会产生大量原始数据。为处理和分析这些数据，粒子物理学依赖一个由超级计算机、计算机集群和服务器组成的全球网络——众所周知，它们非常耗电。事实上，至少有22个在美国。

科学家可以计划在低碳电力丰富的地方建造这些网络或使用计算机。

美国内布拉斯加大学林肯分校物理学教授肯·布卢姆说：“或许我们还应该考虑每一个芯片处理器周期的碳排放量，并将其作为规划技术的一个因素，就像你考虑成本或电力效率一样。”

尽管加速器本身只是粒子物理学碳足迹的一小部分，但伦敦大学皇家霍洛韦学院粒子物理学家韦罗妮克·布瓦韦尔认为，研究人员应该计划降低加速器的能耗。等到FCC在本世纪40年代和50年代上线时，“脱碳”意味着它将不得不与比现在更多的汽车和电器争夺电网资源。她认为提前做计划是明智之举。

布瓦韦尔说，减少用电量的目标是一样的，“你仍然需要将能量最小化，但原因不同”。

为了提高效率和节约能源，科学家正在研究一些能够帮助制造“绿色加速器”的技术。

2019年，康奈尔大学和布鲁克黑文国家实验室的研究人员推出了一台名为“康奈尔-布鲁克黑文ERL试验加速器”（CBETA）的加速器原型机。值得注意的是，在演示中，CBETA回收了科学家们投入其中的所有能量。

美国康奈尔大学物理学家格奥尔格·霍夫施泰特说：“我们在一定程度上采用了现有技术，对其进行了改进，扩大了其应用范围。”

CBETA发射高能电子，通过一个跑道形状的环路，这个环路可以安装在一个仓库中。电子每跑“一圈”就获得一次能量提升。四圈后，加速器可以使电子减速并储存它们的能量以供再次使用。CBETA使物理学家们第一次在电子跑了那多圈之后回收能量。

这不是一项新技术，但随着粒子物理学家对节能越来越感兴趣，FCC的计划中也有类似技术。霍夫施泰特说：“（FCC）有使用能量回收的选项。未粉碎的粒子可以被回收。”

CBETA还通过使用不同的磁体来节能。大多数粒子加速器使用电磁铁来引导粒子沿着圆弧前进。电磁铁通过在其周围通电来获得磁力；关闭开关，磁场消失。通过使用不需要电力的永磁铁替代电磁铁，CBETA可以减少能源使用。

霍夫施泰特说：“这些技术正在逐渐流行起来。它们正在被认可，并被纳入新的节能项目中。”