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1 # 萬物未解之謎
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2 # 量子科學論
如果把頭伸進粒子加速器裡會發生什麼?能看見高能粒子束嗎?這個問題我們可以透過,高能粒子束對人體有什麼危害?以及高能粒子束進入眼睛會發生什麼?來解答!
高能粒子束對中心原子具有電離作用隨著我們對輻射認識的加深,我們每個人都知道輻射對人體是有害的。輻射的能量越高,傷害越大。理由很簡單!
因為當高能粒子或光子與正常物質接觸時,這些粒子所攜帶的能量會將原子中的電子擊離,也就是電離中性原子。這種作用會破壞化學鍵,在分子水平上破壞細胞的結構和功能。因此能量越高,電離輻射造成的傷害就越大。
我們熟知的放射性療法,即有針對性的輻射(例如針對癌細胞)之所以有用,正是因為電離輻射能摧毀癌細胞。當然,它也會傷害身體內的正常細胞,但是放射治療的目的是更快、更有效地殺死癌細胞,而不是殺死正常細胞。但是劑量太大的電離輻射會對人的身體造成無法逆轉的傷害。
顯而易見,高能粒子束可以輕易的穿過你的眼睛,穿過你的頭部,造成巨量的電離輻射。很有可能會破壞你身體裡的細胞。但是你不會有任何感覺,就像在醫院裡照X光一樣。而且我們的眼睛其實可以看到高能粒子束。你可能會想高能粒子束又不是可見光波段的光子,眼睛怎麼會看到呢?其實原因也很簡單。
我們的眼睛為什麼可以看到高能粒子束我們知道高速粒子的速度不會超過真空中的光速,但是如果不是在真空中,光速會急劇下降。
這就是為什麼光透過稜鏡時會發生彎曲,或者當我們把一根吸管/鉛筆浸入一杯水中時,鉛筆也會彎曲。物體的彎曲程度和介質中的光速之間的關係告訴我們,水中的光速只有真空中光速的75%。
在許多現實的例子中,比如粒子加速器、核反應堆和放射性衰變,我們製造出的高能粒子雖然不會比真空中的光快,但在介質中卻可以比光速更快!
當一個粒子在介質中的運動速度比光速還快時,就會產生光子!這就是為什麼核反應堆內部看起來總是有藍色的輝光,放射性粒子(核反應下是電子)在水中的移動速度比光速還快,因此放射性粒子會發射出了契倫科夫輻射!
那麼契倫科夫輻射是什麼?
如果我們閉上眼睛,在正常情況下會烏黑一片。但是如果有高能粒子束射入眼睛,那麼進入眼睛的高能粒子就會透過眼球的液體。由於粒子束透過的速度比眼球中的光速度還快,那麼高能粒子束就會釋放出契倫科夫輻射。
我們的眼睛就會看到藍色的輝光。其實早期的物理學家就是透過這種方法來判斷粒子加速器中是否有粒子束,這是因為當時高能粒子束能量還不是很高,再加上當時人們對輻射的認識還不足,所以很多科學家因此死於癌症。這就是把頭伸進粒子加速器會看到什麼,我們確實能透過一些巧妙地辦法看到高能粒子束。不過這十分危險。
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3 # 漫步科學
“如果把頭伸進粒子加速器裡會發生什麼?能看見高能粒子束嗎?”,這種事可以問一問布戈爾斯基,他最清楚。
阿納託利·彼得羅維奇·布戈爾斯基是前蘇聯物理學家,在上世紀60年代,蘇聯建造了世界上最大的粒子加速器,即U-70同步加速器。粒子加速器是一種非常複雜的裝置,可以透過電磁場來為粒子賦予極高的能量。1978年7月13日,控制檯顯示U-70加速管道的某個部位出現了故障,於是布戈爾斯基準備前去排除故障,正常的流程是控制檯先將管道內的高能粒子匯出,然後由工作人員進入管道進行維修操作。布戈爾斯基向控制檯報告自己將在五分鐘後到達故障區域,並開始維修工作,可誰知火急火燎的布戈爾斯基居然提前到達了!更不巧的是U-70的安全系統也出現了故障,於是在不知情的情況下,布戈爾斯基將自己聰明的大腦袋伸進了管道中。
上萬億個質子以接近光速的速度射向布戈爾斯基的左後腦,然後又從左臉射出,整個過程使布戈爾斯基受到的質子輻射高達20萬rad,通常情況下一次性吸收500rad的輻射量就足以在短時間內致人死亡,雖然這次事故使布戈爾斯基受到了致命輻射四百倍以上的劑量,但是幸運的布戈爾斯基並未因此死亡,不過這次質子輻射依然使其出現了左臉癱瘓、癲癇、聽力喪失等後遺症。布戈爾斯基在接受《連線》雜誌採訪時描述過自己把頭伸進管道後的情景,他稱自己看到了比太陽還明亮一千倍的閃光,而且感覺不到任何疼痛。
我們知道質子輻射會使分子或者原子產生電離作用,如果作用於人體則會使細胞以及內部的DNA產生損傷,從而導致細胞死亡以及DNA變異等,因此題主說的把頭伸進粒子加速器是非常不理智的行為,除此之外,我們用肉眼也是無法直接看到粒子束的,因為質子太小了,其體積小於可見光波長,不過當粒子在介質中執行的速度超過光在介質中的傳播速度時會產生切倫科夫效應,想象一下,億萬個質子以近光速進入你的眼睛,然後產生切倫科夫效應。就像下圖一樣。
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可以看到,歷史上還有人描述了。
1978年7月13日,36歲的俄羅斯科學家阿納託利·布戈爾斯基做出了這個讓所有人都沒做過的事。
當時,研究所工作的粒子加速器出現了一個問題。為了看看出了什麼問題,布戈爾斯基把他的頭伸進了一個通道,但是這個通道里有一束非常強大的質子束穿過。因為在布戈爾斯基不知道的情況下,加速器還在運轉。
最終,他的腦袋穿過一道看不見的質子射線,這位科學家因此獲得了超能力嗎?抱歉沒有,但據說他看到了一道“比一千個太陽還要亮”的閃光,且沒有感覺到疼痛。
但是,接下來幾天裡,布戈爾斯基的左半臉腫脹得面目全非,面板開始剝皮,質子束(以接近光速的速度移動)穿過他的面部、骨骼和下面的腦組織的路徑。由於人們認為布戈爾斯基接受的輻射遠遠超過了致命劑量,他被送往莫斯科的一家診所,在那裡醫生可以觀察到他的預期死亡。然而,布戈爾斯基活了下來,甚至完成了他的博士學位。
他的智力幾乎沒有受到損害,但腦力勞動的疲勞明顯增加了。布戈爾斯基的左耳完全失去了聽力,只留下了輕微的耳鳴。由於神經受損,他的左半邊臉癱瘓了。除了偶爾出現癲癇外,他的身體功能都很正常。
布戈爾斯基繼續從事科學工作,擔任物理實驗協調員。由於蘇聯對核能相關問題的保密政策,布戈爾斯基在十多年的時間裡都沒有提及那次事故。他繼續每年兩次前往莫斯科輻射診所接受檢查,並會見其他核事故受害者。他被描述為“蘇聯和俄羅斯放射醫學的代表人物”。