如果有人把頭伸進(jìn)粒子加速器，會出現(xiàn)什么樣的結(jié)果？這樣的場景也許可以作為一本超級英雄漫畫的開頭。但實(shí)際上，弄清楚這個(gè)問題有助于我們加深對輻射、人體的脆弱性和物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)識。
粒子加速器利用強(qiáng)大的磁場來加速亞原子粒子，并跟蹤記錄粒子碰撞產(chǎn)生的相互作用，然后科學(xué)家便能夠?qū)@些粒子展開研究。通過深入探索宇宙的未解之謎，粒子對撞機(jī)也走出實(shí)驗(yàn)室，成為社會討論的熱門話題之一，引發(fā)了我們無限的遐想和憂慮。
早在2008年，媒體就盛傳歐洲核子研究組織（CERN）的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）可以創(chuàng)造出微型黑洞，使物理學(xué)家可以對高維空間展開探索。很多人覺得，這聽起來像是災(zāi)難科幻電影里的情節(jié)。
甚至于有人恐慌到把CERN告上法庭，要求停止運(yùn)轉(zhuǎn)LHC，以免產(chǎn)生威力足以摧毀整個(gè)世界的黑洞。但物理學(xué)家們說，這種想法非?；奶?。幸好，這些訴訟最后都被駁回了。
2012年，LHC發(fā)現(xiàn)了科學(xué)界尋找已久的希格斯玻色子，也就是所謂的“上帝粒子”。它可以解釋粒子如何獲得質(zhì)量。這一重大成就甚至讓LHC躋身流行文化，不但出現(xiàn)在重金屬樂隊(duì)Megadeth的《超級對撞機(jī)》（Super Collider）專輯封面上，還在美劇《閃電俠》（The Flash）中露過臉。
盡管LHC成果斐然、名聲大噪，可是粒子物理學(xué)的世界是如此地抽象難懂，以至于很少有人真正明白它的內(nèi)涵、意義或用途。不同于美國宇航局（NASA）的火星探測器，CERN的研究不會帶來驚艷四座的照片。
可以說，粒子物理學(xué)的研究就是黑板上的方程式和名為費(fèi)曼圖的彎曲線條。諾獎(jiǎng)得主阿格·玻爾（Aage Bohr）和同事歐雷·烏爾夫貝克（Ole Ulfbeck）甚至否認(rèn)亞原子粒子的真實(shí)存在，只是數(shù)學(xué)模型而已。
讓我們回到文章開頭的那個(gè)問題：如果一束高能粒子以近乎光速撞上人類的血肉之軀，結(jié)果會怎樣？也許是因?yàn)榱Ｗ游锢韺W(xué)和生物學(xué)在概念上毫不相干，不僅外行不知道怎么回答，就連一些專業(yè)的物理學(xué)家也摸不著頭腦。
在2010年對諾丁漢大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教師的采訪中，幾位學(xué)術(shù)專家承認(rèn)，他們不知道把手伸進(jìn)LHC發(fā)射的質(zhì)子束會有什么結(jié)果。教授邁克爾·梅里菲爾德（Michael Merrifield）直言：“這個(gè)問題問得好。我不知道答案?？赡?、也許、大概會嚴(yán)重傷害你的身體，”教授勞倫斯·伊維斯（Laurence Eaves）也顯得很謹(jǐn)慎，“根據(jù)我們觀察到的能量尺度，傷害應(yīng)該不會很明顯?！彼f：“我會把手伸進(jìn)去嗎？我不確定?！闭Z氣中帶著一點(diǎn)英國人慣有的保守。
出于種種原因，所有這些假設(shè)，現(xiàn)在只能停留在思想實(shí)驗(yàn)的程度，無法開展真正實(shí)驗(yàn)?？墒牵恍业目蒲惺鹿逝紶栆矔a(chǎn)生一些案例，使科學(xué)家們有機(jī)會對這類受道德約束而無法展開的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。
迄今為止，這樣的案例其實(shí)只有一個(gè)。但是，正如神經(jīng)科學(xué)家拉瑪錢德朗（V.S. Ramachandran）在《腦中幻影》（Phantoms in the Brain）一書中所說，只需要一只會說話的豬，就可以證明豬會說話。
例如，在1848年9月13日，美國鐵路工人菲尼亞斯·蓋奇（Phineas Gage）在一次事故中被鐵條刺穿腦袋，導(dǎo)致其性格發(fā)生深刻改變，這為性格的生物學(xué)基礎(chǔ)提供了早期的證據(jù)。
阿納托利·布戈?duì)査够ˋnatoli Bugorski）
這起極有意義的事故發(fā)生在1978年7月13日，主角是名叫阿納托利·布戈?duì)査够ˋnatoli Bugorski）的蘇聯(lián)科學(xué)家。當(dāng)時(shí)，U-70同步加速器（蘇聯(lián)最大的粒子加速器）出了故障，于是他把頭伸進(jìn)了加速器內(nèi)，想要查找故障點(diǎn)。這時(shí)加速器的安全機(jī)制出錯(cuò)，一束質(zhì)子以接近光速射穿了他的腦袋，就像美國鐵路工人蓋奇那樣。
在那個(gè)時(shí)代，也許從來沒有其他人被高能粒子束射中過。雖然那時(shí)候已經(jīng)有了治療癌癥的質(zhì)子療法（用質(zhì)子束消滅癌細(xì)胞），但醫(yī)用質(zhì)子束的能量通常不會超過2.5兆電子伏特，而射中布戈?duì)査够牧Ｗ邮芰渴窃摂?shù)字的300多倍，達(dá)到760兆電子伏特。
在地球上，質(zhì)子輻射其實(shí)極為罕見。來自太陽風(fēng)和宇宙射線的質(zhì)子被大氣層阻擋在外，質(zhì)子輻射在放射性衰變中很罕見，直到1970年才被觀察到。大家比較熟悉的輻射威脅，比如紫外線和阿爾法粒子，則無法穿透人體皮膚，除非放射源被吞入口中。當(dāng)阿波羅飛船宇航員在太空服的保護(hù)下，暴露于包含質(zhì)子的宇宙射線和其他的輻射時(shí)，他們報(bào)告稱看見了閃爍的可見光。
布戈?duì)査够谀谴问鹿手幸灿羞@樣的經(jīng)歷。后來你他在接受采訪時(shí)說自己也看見了強(qiáng)烈的閃光，但并不覺得疼。事故發(fā)生后，這位年輕的科學(xué)家被送往莫斯科的一間診所，半張臉都腫了起來，醫(yī)生們已經(jīng)做好了最壞的打算。
像質(zhì)子這樣的電離輻射粒子會對人體造成巨大傷害，破壞DNA的化學(xué)鍵。這種對細(xì)胞基因編碼的攻擊會殺死細(xì)胞、阻止細(xì)胞分裂或者導(dǎo)致癌變。快速分裂的細(xì)胞，比如骨髓干細(xì)胞，受到的傷害最大。
例如，由于血細(xì)胞產(chǎn)生自骨髓，很多的輻射中毒案例，都因?yàn)樯眢w內(nèi)的白血細(xì)胞或者紅血細(xì)胞下降而出現(xiàn)感染或者貧血癥狀。但布戈?duì)査够咐牟煌幵谟?，輻射以高度密集的方式穿過他的腦袋，而不是像切爾諾貝利核事故和廣島原子彈爆炸的受害者那樣被大范圍照射。對于布戈?duì)査够鶃碚f，特別容易受到傷害的器官組織，比如骨髓和胃腸道，基本上逃過了一劫。但在粒子束穿過布戈?duì)査够X袋的地方，積聚了超高的輻射能量，比某些人估計(jì)的致命劑量高出幾百倍。
盡管如此，布戈?duì)査够畹搅爽F(xiàn)在，只不過他受傷的那半張臉完全癱瘓了。據(jù)報(bào)道，他的一只耳朵聾了，還多次發(fā)作癲癇，這可能是因?yàn)橘|(zhì)子束破壞了他的大腦組織。除此之外，他還時(shí)不時(shí)地會出現(xiàn)失神癥狀，就是不太嚴(yán)重的神志恍惚，意識暫時(shí)被打斷。不過并沒有報(bào)道稱布戈?duì)査够辉\斷出癌癥。
雖然被高能粒子束穿腦而過，但布戈?duì)査够闹橇ν旰脽o損，在那次事故后成功完成學(xué)業(yè)獲得博士學(xué)位。
布戈?duì)査够盍讼聛?，但并沒有像漫畫中那樣變成怪博士或是獲得超能力。盡管粒子加速器內(nèi)部是如此讓人望而生畏，但人類在進(jìn)入核時(shí)代后照樣活得好好的，并沒有像一些預(yù)言中那樣毀滅世界。
翻譯：于波
來源：The Atlantic
