假如脑袋卡在粒子加速器...

试想你的身体卡在粒子加速器,会发生什么呢?这一幕很像是漫威超级英雄漫画的开头,超级英雄们会因此获得超能力,拯救世界,迎娶白富美,从而走向人生巅峰。而现实骨感的,也许你只会得癌症,又或者什么也不会发生,就连科学家们也不得而知。粒子加速器是人类探索宇宙的重要手段之一,它可以开拓我们对辐射的认知,甚至知晓物质的本质。粒子加速器运用强磁场加速各类粒子,高速运动的粒子产生碰撞,随后物理学家追踪粒子碰撞的过程,从而获取有关各种亚原子态粒子的物理特征。然而当“粒子对撞机”不断曝光在大众视野里,它引发了普通人的好奇心,也带来了一丝不安。

CERN的大型强子对撞机。Via CERN

回溯2008年,欧洲核子研究中心(CERN)的科学家们操控着大型强子对撞机(Large Hadron Collider ,下简称LHC),准备制造一个小型黑洞,借以窥探更高维度的秘密。对于许多人来说,这仿佛是科幻小说里的情节。当然也不是所有人都支持这个项目,有人就提出诉讼要求停止LHC的实验,他们担心LHC将产生威力足以吞噬地球的黑洞。好在物理学家据理力争,声称毁灭地球的想法荒谬至极,最终用数据驳回诉讼。

2012年,科学家通过LHC发现了希格斯波色子——上帝粒子,该粒子是解释粒子拥有质量的关键。从此,LHC功成名就,迎来了它的黄金时期;LHC甚至成为了专辑Super Collider(2013)的封面,也是美剧闪电侠(The Flash,2014)的取景地点之一。

闪电侠(The Flash)主角巴里·艾伦在一次粒子加速器爆炸的事故中被闪电击中后获得了极速移动的超能力 Via tuku

除了这些傲人的成就和往日荣光,粒子物理学本质上是一门极其抽象的领域,很少有人能真正理解其意义或者运用。与NASA的火星计划不同,CERN的研究一点都不光鲜靓丽。NASA好歹时不时公布一些漂亮的星云照片,制造些噱头。但是CERN的工作很多时候会是在站在黑板前拿着粉笔推倒一天的公式,或者画一条条扭曲的线,这些怪异的线就是著名的费曼图。粒子物理学家的工作显得枯燥而乏味。

查理德费曼和他发明的费曼图 Via fenglin3d

现在回到开头提到的问题:当亚原子态的粒子通过LHC以接近光速的速度穿透人的血肉之躯,会发生什么?也许粒子物理学的领域与生物学的概念相去甚远,两者很难有所交集,所以不仅是吃瓜群众一脸懵逼,一些物理学教授也不知道答案。2010年,视频网站“油管”曾采访了来自诺丁汉大学物理系和天文系的教授,其中一个问题就是“如果脑袋被LHC的质子流击中会怎样?”。“这是个好问题,我也不知道。大概对你的身体不好”Michael Merrifield教授打着哈哈说道。其他教授对该问题下结论时也很谨慎。 Laurence Eaves 自嘲道“我会把手伸进LHC光束中吗?也许会这么做呢!”

1978年7月13号,前苏联科学家 AnatoliBugorski真的就把自己脑袋卡在了粒子加速器里。那是命中注定的一天,Bugorski正在检查同步辐射U-70号线——前苏联最大的粒子加速器。这时,防护系统出现故障,一束质子流以接近光速的速度贯穿了可怜的Bugorski的脑袋。在此之前,还没有人有幸体验如此高能量的粒子束辐射穿透身体。也许有人会说,我接受过伽马刀来治疗肿瘤,确实,伽马刀的能量很大,大约在250 000 000电子伏特。但是,穿过Bugorski脑袋的质子束能量大约是前者的300倍。

Litvinenko被送入医院。2006年11月24日,英国卫生防护局宣布,Alexander Litvinenko的尿液里发现了钋-210,且含量极高。这表明利特维年科曾被人下毒。 Via takungpao

质子辐射猛于虎。来自太阳风和宇宙射线的质子被大气层阻隔在地球之外,即使这些辐射顺利抵达地球,也十分微弱,直到1970年,人类才能检测出来自宇宙的少量质子。相对于质子辐射,人们更熟悉紫外光光子和阿尔法粒子辐射,这些粒子并不会穿透人类的身体,但凡事都有例外,如果你不小心食用了这些粒子的辐射源,那么你就等着领便当吧。俄罗斯叛国者Alexander Litvinenko就是被杀手用阿尔法粒子辐射源Po-210暗杀的,通常情况下阿尔法粒子无法穿透薄薄的一张纸,但是一旦摄入体内将是致命的。当阿波罗号升空,宇航员确实被宇航服保护着,但来自宇宙的辐射多种多样,单单一层宇航服是不够的,据报道,宇航员们暴露于宇宙射线时,他们看到了一阵可见的强光。这阵强光不是偶然,头卡在粒子加速器的Bugorski也看到了神秘的光线。1997年Wired杂质采访了这位不幸的科学家,他说当时他看见了短暂的闪光,但是并没有感到疼痛。意外发生后,年轻的Bugorski的半边脸出现肿胀,随后被送去了莫斯科的诊所,能活下来简直是奇迹。

诸如质子这样的电离辐射粒子会破坏遗传因子DNA的化学键,从而对人体带来灾难性的破坏。这种对基因复制过程的破坏会杀死细胞,阻止细胞分裂,引发变异,什么?你想变闪电侠?呵呵哒,你就等着得癌症吧。我们知道血细胞是由骨髓制造的,许多辐射中毒的病例中都有病人因缺少血小板或白细胞患上败血症的描述。某方面上来说,Bugorski是幸运的,粒子辐射穿过他脑袋时,仅仅集中在极细的光束里,而不是全身都暴露在辐射中(切尔诺贝利核电站或者是日本广岛的人们就没有那么幸运了)。Bugorski身体上比较脆弱的组织器官,如骨髓、肠道等,都幸免于难,可是被质子击中的脑袋承受可以杀死好几头大象的辐射剂量。

不愧是战斗民族,Bugorski仍然健在,但是他的半张脸已经瘫痪,一直保持年轻时的容貌,想想就毛骨悚然。他的一只耳朵聋了,经常间歇式痉挛发作,同时患有癫痫。癫痫是质子束穿透脑组织的后遗症,这也使得他经常走神,经常盯着某处发呆。我们知道,癌症通常是暴露于辐射后的不好结果,但是目前为止,还没有Bugorski得癌症的报道。

 Anatoli Bugorski的照片:左图是高能粒子束穿过的方位,右图是现今的 Bugorski,他的左半边脸没有皱纹,右半边脸满是沧桑。 Via 果壳

Bugorski的脑子确实被粒子加速器的质子束击中,但不是脑子进水,他的智力完好无损,甚至在事故发生后,顺利完成了博士论文。

人类如今经历的核危机就像粒子加速器的辐射一样令人恐惧、令人畏惧,但Bugorski在这场灾难中幸存下来,人道主义也如此,人性不会因核武器泯灭。


来源参考

https://aeon.co/ideas/why-we-can-stop-worrying-and-love-the-particle-accelerator

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