粒子物理学界的科学家们正在讨论环境和气候问题。使用粒子对撞机需要大量的能量。首先，对撞机使用超导磁铁来引导粒子束碰撞在一起。磁体是超导的，这意味着一旦通电，就会以完美的效率导电，而不会因电阻而损失任何能量。但为了保持超导性，这些磁铁必须冷却在比外太空更冷的温度下。这就需要能量。

由于科学家收集和分类大量数据，还需要制冷来防止满载的服务器过热，运行这些服务器也需要能源。

“自从发表了关于这个话题的白皮书以来，我们一直对此非常感兴趣，”伦敦大学皇家霍洛威学院的教授、作者之一维罗妮克·博伊斯维特说。“在(2022年7月)斯诺马斯社区会议上，白皮书得到了很多的认可，我认为美国社区肯定认为这是一个重要的话题。”

白皮书论文阐述了物理学可以发挥作用的四个领域：建筑、大功率计算、温室气体和旅行。

内布拉斯加大学物理系的教授和系主任、该白皮书的另一位作者肯·布鲁姆说：“因此，能够了解粒子物理学是一个有趣的机会。”

建造

建造一个新的物理装置，就像计划中的未来环形对撞机(FCC)一样，是一个碳密集型排放过程。根据博伊斯弗特和布鲁姆研究的白皮书，为FCC的主隧道挖掘和浇筑水泥将释放23.7万吨二氧化碳，这相当于在一个主要城市的某个社区重建过程中释放的量级。

使用更环保、更可持续的建筑材料可以减轻其中的一些影响。例如，绿色水泥的生产不像生产传统水泥那样排放大量的碳，这正在成为一种流行的替代品。

改变已建立的工艺和使用新的材料需要花费金钱。但博伊斯维特认为这将成为未来重大建筑项目的常规选择。

她说：“从某种意义上说，我们习惯于优化的这些成本标准需要考虑到气候变化因素。如果我们想尽量减少排放，这意味着将使用更昂贵的工艺或材料。我认为到2040年，我们将经常被问到——你们的碳排放是多少，你们如何将它最小化?”

计算

为加速器提供动力并不是与高能物理学相关的唯一能量消耗。收集粒子加速器产生的大量数据同样需要高性能的计算及能量消耗。

欧洲核子研究中心的数据通过全球大型强子对撞机计算网格传输，该网格在42个不同国家拥有超过170个计算站点。这一活动的碳足迹在很大程度上取决于特定地区电网的能源来源。

博伊斯维特说：“当发送计算机工作时，因为使用了世界各地的计算机集群，我们并不一定知道数据确切地去了哪里。即使是两个相同的、相互竞争的工作，最终可能会造成完全不同的碳排放，这取决于使用的计算机集群和位置。”

如果一个地区的电网使用化石燃料，就很难完全减少碳排放。但是，协调使用尽可能少的能源，比如在一天中电网需求较少的时候进行计算工作，至少有助于减少一些排放。

布鲁姆说：“欧洲各机构都在尽早寻求解决方案。人们对能源供应有很多担忧，我在那里与各种大型计算中心互动，他们都在为可能的裁员做准备。他们可能会迫使我们以一种更节能的方式进行计算。”

温室气体

粒子物理实验中使用的气体也有助于这个实验对整体气候的影响。某些粒子探测器使用的气体包括氢氟碳化合物(氢氟烃)、全氟碳化合物(PFCs)，甚至是六氟化硫(六氟化硫)。这些气体导致全球变暖的潜力比二氧化碳高数千倍，当被释放到大气中时就会捕获热量，从而导致全球气温上升。

这些气体通常用于粒子探测器和冷却系统。它们是这份工作的好选择，因为相对便宜，而且它们的分子能承受热量和压力。然而，这种容忍度也使它们能够停留在地球的大气层中。

根据美国于2022年秋季批准的《蒙特利尔议定书》中的基加利修正案，各国将在2047年前逐步停止使用氢氟烃。这将影响到未来的探测器，但目前这些正在使用的气体还很难被取代。

布鲁姆和博伊斯维特都表示，现在是时候进行研发，为下一代探测器寻找这些气体的替代品了。

博伊斯维特说：“我们已经习惯于从物理性能方面考虑一个新的设施，并降低成本，使资助机构更容易批准这个项目。但我也想增加一些标准，以考虑到可持续性。”

旅行

该白皮书还提到了与旅行有关的考虑事项。

布鲁姆说：“在某些方面我们处于领先地位，因为已经有的这些国际合作，在人员方面可以高度分布。让我们擅长不需要真正见面就开始工作。”

然而，科学家们仍然定期飞往其他城市和国家参加科学会议，用工作时间轮班收集数据或研究实验探测器，并与其他研究人员会面讨论。

疫情大流行期间线上会议活动的兴起，使得人们更有可能线上参会，而不需要长途飞行。该白皮书建议继续组织线上活动和混合活动。对于现场活动，论文建议优化位置，以尽量减少参与者必须的旅行距离。

作者建议为国际合作创建区域中心，遵循费米实验室的LHC物理中心，这是从事大型强子对撞机CMS实验的美国科学家的聚集地。

然而，贝尔图在一封电子邮件中说：“我个人有点担心，这些讨论实际上是以第一世界为中心的。我记得一个调查，第一个问题是‘你同意坐火车而不是飞机吗?’这对我们来说根本没有任何意义。我们这里没有火车，唯一的选择是24小时的公交车，或2小时的飞机。”

博伊斯维特表示，她希望找到一个解决方案，以确保所有人都能充分参与，无论他们在世界的哪里。

综上所述

气候和环境影响正在世界各地的粒子物理学讨论和规划过程中出现。

博伊斯维特与伦敦的物理学家Chamkaur Ghag、Francesco Spano和David Waters共同为《欧洲战略更新》撰写了一份关于气候影响的白皮书。它由在欧洲工作的近300名物理学家签署。

2022年9月，CERN举办了一场关于如何使粒子物理学更可持续的研讨会，讨论内容从建造新装置时使用不同材料，到改变餐饮活动中提供的食物种类等。

最近，正在进行的非洲基础和应用物理学战略能源工作组成员也一直在讨论不同能源对环境的影响。

关于可持续性的讨论也是计划在日本建造国际直线对撞机的一部分。被称为“绿色ILC”的一组研究人员正在研究如何使该装置更加环保。例如使用可再生能源为对撞机供电，以及为当地社区回收和再利用能源。

布鲁姆和博伊斯维特继续在粒子物理学的背景下传播有关气候变化的信息。两人都在大学和活动中进行了演讲，并创建了一个网页，让粒子物理学界的成员可以在上面表示对该领域可持续性倡议的支持。

博伊斯维特说：“现在是时候开始考虑这些标准了。我们可以用心去做，向其他科学家发出一个强有力的信息，也向政府和社会发出一条强有力的信息。我们认为，‘是的，这就是在气候紧急情况下生活的意义。无论做什么，都需要考虑到气候变化的背景，以及怎么做来尽量减少碳排放。’”