科學腦洞:假如你的手被卡進了粒子加速器LHC裡,會發生什麼?

2020-12-22 天文同好樂園

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首先要介紹一下,LHC是當今世界上最強大的粒子加速器,沒有之一。它可以將質子加速到0.99999999倍光速,這個速度已經十分接近於光速。質子不同於光子沒有質量,而帶質量的物體以如此之快的速度運動,根據愛因斯坦的質能方程E=mc^2,所產生的能量是驚人的,以至於西方有些社會團體對歐核中心提出抗議,他們擔心在LHC進行實驗的過程中,碰撞的粒子所產生的能量會製造出可以吞噬萬物的黑洞。當然,這種擔心直到目前並沒有發生。

但這並不代表LHC中的粒子束沒有破壞性。要知道,每束質子束是由大約1000億個質子構成的,當它們被加速到接近光速時,所產生的能量相當於一列載重400噸的火車以每小時160公裡的速度行進所產生的能量。在如此巨大的能量之下,只需要一毫秒,就可以給厚度為30米的鋼板上打穿一個洞。所以,世界上幾乎所有的粒子加速器都深埋於地下,主要還是考慮到萬一操作失誤,具有強大殺傷力的粒子束不會射向有人類生活的地面。

當然,像粒子加速器這種高精尖的大科學裝置,出現那樣的失誤的概率是相當低的,甚至比一個人被流星砸中的概率還要低。但無論概率多麼低,畢竟不為零,世界上就曾經有一位「幸運」的科學家被粒子加速器中的粒子束擊中過,他就是前蘇聯科學家阿納託利·布戈爾斯基。這位「倒黴蛋」不知何故,被前蘇聯的粒子加速器U-70中的主粒子束從後腦勺穿過,然後從鼻子中穿出。據當事人後來說,他沒有感覺到任何疼痛,但是看到了「像一千個太陽那麼亮的光線」。

據說,布戈爾斯基後來並沒有死於高強度輻射,除了頭部被穿了一個小洞,外加面部神經癱瘓、偶爾的抽搐和由輻射引起的噁心嘔吐,其他方面都還算正常,甚至沒有影響他順利完成博士論文。那麼,如果將那起事故與這篇文章的標題聯繫起來,是否意味著在LHC上發生類似的事故也不會產生致命的傷害呢?在歐核中心,每天有上千名物理學家做著與粒子加速器相關的工作,假如你是其中之一,假如你的手被卡進了LHC中,並且LHC正在運行,那麼接下來會發生什麼?

不得不說,這其實並不算是一個腦洞大開的問題,因為類似的事情畢竟曾經發生過。但需要說明的是,前蘇聯的U-70粒子加速器的能量還達不到LHC的百分之一,知道了這一點,我們再用科學的方法來分析。假定事故正在發生,你的手被卡在運行中的LHC中,那麼你遇到的第一個大問題將是你的耳朵。可能你會感到奇怪,關耳朵什麼事?那是因為,粒子束的出口是由碳纖維構成的,如果光束被你的手幹擾稍稍偏離了方向,就會打擊到碳纖維,對於你來說,它發出的聲音將無比巨大,大到足以將你的耳膜震掉。

你將遇到的第二個問題是,你的視線會開始變藍,這是因為輻射光穿過你眼球中的液體時出現的結果。因為光在水中的速度比在真空中要慢30%,由此會產生一種「切倫科夫輻射」,這種輻射的光譜是藍色的。所以,此時你的眼睛看出去,一切都變藍了。

你遇到的第三個問題是,質子束會穿過你的手,你同樣不會感覺到任何疼痛。光束直徑很小,差不多只有鉛筆頭那麼大,但LHC不像U-70隻能在單位時間內發出一束光束,而是會在2秒內發射出近3000束光束,就如同一把質子機關槍一樣,所以毫無疑問,你的手不是僅被穿了一個洞,而是會被整個切掉。

你遇到的第四個問題就是高強度的輻射,當然,輻射並不會立即將你殺死,不低於10希沃特的輻射量會毒害你的全身,症狀可能會在隨後的幾小時內出現,常見輻射病的所有症狀都會出現,你體內的免疫系統已無法繼續工作,你最終將緩慢而痛苦地死去,時間大致在4至8周,而這個世界上,誰也救不了你,這就是將手伸進LHC中的後果。

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