被粒子加速器“爆头”而幸存的科学家,现在怎么样了?

生活中我们常常会遇见两个质量物体相互碰撞的现象,例如重物掉落地面、两个汽车相撞,相撞的瞬间会使得两个物体所拥有的动能降为0;

我们知道能量不会凭空消失,它们会转化成热能,还有另外一种形式的机械能释放出来,这时我们就会看到碰撞现场火花四溅、物体分解的稀碎。

从日常生活中的碰撞事件,可以看出来两个物体以高速相撞是一次能量转化的过程,而且还会破坏原有物质的结构,使得我们发现组成物质更小的单元。

因此在科学界我们经常会使用两个亚原子粒子,把它们加速到非常高的速度(接近光速),例如质子或者电子,然后让它们相互碰撞;

在能量释放瞬间,我们就可以利用精密的粒子探测器来探测和记录亚原子粒子在相撞的时候,被分解成的最小物质单元,以及能量在释放的过程中通过M=E/c^2可能创生出来的新粒子。

这就是高能物理所干的事,不停的撞击高能粒子,不断的提高碰撞时的动能,不仅能让我们发现可能存在的新粒子,还能让我们发现可能存在的新的物理规律,对我们理解宇宙的组成、以及诞生至关重要。

目前世界上最强的粒子加速器就是欧洲的大型强子对撞机,它加速的粒子是质子,由于质子带正电,所以科学家就可以通过一个不断变化的电场来给质子加速;

由于带电粒子在磁场中运动的时候,会受到一个与运动方向垂直的洛伦兹力,使得带电粒子做圆周运动,所以科学家可以利用一个随着带电粒子运动速度增加,而增强的磁场来将质子控制在大小不变的圆环内。

这就是大型强子对撞机加速质子的原理,目前我们可以将质子加速到299,792,455米/秒,这个速度只比光速少了3m/s,可以看出已经和光速相差无几了。

但是就是这3m/s的速度是人类拥有都无法越过的鸿沟,因为这是相对论所不允许的,我们只能无限的逼近光速,而无法达到光速。

那你又没有想过一个和光速如此接近的质子,所拥有的能量高达7 TeV (兆兆电子伏特),如果这样的粒子撞到人呢?会怎么样?

阿纳托利·布戈尔斯基是一位俄罗斯的物理学家,它在36岁的时候就遭遇了一次被高能质子束爆头的惨剧。不过幸运的是他活了下来,这简直就是一个奇迹。

1942年6月25日阿纳托利出生在俄罗斯,1978年,他开始在普罗特维诺高能物理研究所做研究员,这个研究所当时有一个质子加速器U-70,坐着跟今天LHC同样的工作。

1978年7月13日阿纳托利按照往常一样对加速器进行例行检查和维护,但他忘记打开安全装置就将头伸进了高能粒子的加速圆环之中;

这时加速器突然启动,他在瞬间就被路径上的高能质子束“爆头”;

不过我们需要知道的是,高能质子撞击人体并不会与人体发生机械碰撞,而是会瞬间穿透人体,因为人是由原子组成的,而质子要比原子的尺寸小了很多,它只是原子核中的一个组成粒子。

所以高能质子会瞬间穿透人体,而穿透阿纳托利的质子是从他左侧的后脑勺进入的,然后从他鼻子的左边出来的。

当时阿纳托利并没有感到任何疼痛和异样,他说他看见了一个比太阳还要明亮千倍的闪光。

这个闪光其实就是高能质子在穿透他头部的时候产生的,称为切连科夫辐射。是高能粒子在介质中(人体中的水)运动速度超过光速时产生的蓝色辉光,我们也可以将这种发光现象称为光障。

在核反应堆中,我们往往会看见这样的蓝色辉光。

阿纳托利随即被送往莫斯科的一家医院治疗,当时所有的人都认为他不可能活下来,都会认为他会在缓慢的辐射病中死亡。

并且还准备将阿纳托利作为实验对象来研究辐射对人体的影响。

但令所有人意外的是,阿纳托利的情况并没有大家想象的那么糟糕。在往后的今天里他左半边的脸可以脱落皮肤,左耳失去了听觉,左半边脸慢慢的失去了知觉而瘫痪。

还有他经常会感觉大疲劳,还有偶尔的癫痫发作,但两年之后就停止了。除了以上的这些再没有其他不适。

而且最为有趣的一个副作用是,随着年龄的增长,他右边的脸明显苍老了,不满了周围,但是他左边的脸一直没有变化,像是被冻龄了一样。

直到今天他还好好的活着,依旧从事着科研工作,智力并没有受到大的影响,也没有落下其他后遗症。

难道高能质子束不危险?杀不死一个人?

并不是的,一个接近光速的质子给人类带来的辐射剂量会超过20万拉德- 30万拉德,而500到600拉德的辐射就可以让一个人短时间内丧命,活不过一纳秒。

所以说一个高能质子束在穿透人体的时候所带来的电离辐射是十分致命的,它可以将化学分子电离,甚至将原子电离,破坏细胞结构,蛋白质甚至是破坏DNA。

不过人们至今都不清楚为什么阿纳托利幸免于这次灾难,但是可以肯定的是,它所遭受的损伤都集中在了一个单一的很小的的一个区域内,而没有像其他的辐射案例那样,使得整个器官大范围、甚至人体受到影响。

或许是他的运气好,因为高能质子当时并没有穿透大脑的要害区域,例如海马体和额叶。

另一方面,有专家认为质子束对人体不同部位的反应是不同的,由于这类事故极为罕见,因此确实没有案例研究来了解质子束对人体不同部位的影响。

那么生活中我们会接受到电离辐射的危害吗?

生活中的辐射很多,只要是有温度的物体都有辐射,只不过是辐射强度,也就是辐射出来的光的频率不同而已。

上图中就可以看出来我们生活中常见的电磁波,它们的能量都比太阳的可见光还要弱,完全没有危害。所以当有人给你说无线电、WIFI有辐射,手机有辐射等等;

你就告诉他,千万不要出门,因为太阳光会把人晒死的。而对人类真正能够造成伤害的就是紫外线以上波长的电磁波。

不过这些给能量的光子在自然界并不丰富,不然生命也会诞生。那么除了电磁波,还有没有像质子、电子这样的高能粒子呢?

这个大家可以放心,地球的大气和磁场已经将这些危险粒子阻挡住了,它们无法达到地面。