哪種電離異塵餘生是有害？被高能粒子束爆頭的科學家左臉似乎停止衰老

我們今天聊一下：什麼樣的電離異塵餘生是有害的、強子對撞機怎樣加速粒子、早期物理學家是如何通過肉眼觀察粒子束的？以及歷史上被高能粒子束爆頭的前蘇聯科學家阿納托利·布戈爾斯基是怎麼回事？

什麼樣的電離異塵餘生是有害的

常識告訴我們，高能電離異塵餘生對人體會造成不可逆的傷害。幸運的是，大部分來自宇宙的高能電離異塵餘生被我們的地球磁場和大氣層所阻擋，而我們在地球上所接觸到的大部分異塵餘生能量都很低，無法電離任何類型的原子或分子。所以我們大可不必擔心手機、電腦這類的電磁異塵餘生！有網友層問過：自己妻子懷孕了，要不要把家裡無線網路停了，害怕異塵餘生！如果真是這樣，那都不敢出門了，因為可見光都比無線電波的能量高。我們看下圖：

「電離」一詞，意味著從中性原子或分子上敲去一個電子。而可見光(或低能量的異塵餘生)通常能量不足，沒這個本事，但紫外線、x射線或γ射線這類異塵餘生通常能量較高可以做到。它們能分解化學鍵，在分子水準上破壞細胞和細胞器的功能。能量越高，異塵餘生越強，鍵能斷裂的就越多。

不用說，我們都能理解這會嚴重損害活體組織。儘管電離異塵餘生有很多負面影響，但有時候可控的利用電離異塵餘生可以為我們治療癌症。

靶向異塵餘生（放療）——針對癌細胞之所以有用，正是因為它能更快、更有效地摧毀癌細胞。但這可能會影響到我們的正常細胞。所以太多太強的電離異塵餘生會對人的身體造成很大的傷害。

強子對撞機

在地球上，高能粒子最密集的地方來自世界上最強大的粒子加速器:我們眾所周知的歐洲大型強子對撞機(LHC)。

它們所加速的質子已經達到了每秒299,792,447米的最高速度，僅比光速慢11米/秒!在大型強子對撞機進行能量升級之後，加速的質子將離光速更近:達到299,792,455米/秒，或者達到99.9999991%的光速。

大型強子對撞機利用電場變換加速帶電粒子，利用磁場控制帶電粒子運動。使帶電粒子越來越接近那個物理學上不可打破的屏障:光速:299,792,458米/秒。下圖為加速器工作原理。

雖然加速器可以讓質子無限逼近光速，但是我們絕對沒有辦法讓質子，或者任何有質量的粒子，以超過光速的速度運動;這是狹義相對論所禁止的。實驗上，我們可以通過粒子加速器的電磁調整，來判斷質子是否比真空中的光速還要快。即使這些粒子以超高的速度運動，但我們並不能簡單地通過觀察來判斷這些高能質子束是否在運行。

即使我們走到質子束面前，面對它，我們也無法感知它的存在!就像我們在醫院做檢查，無法看到X光一樣。假如我們被高能質子束穿透時，我們的神經系統或感覺器官沒有任何能力能對它做出反應，所以我們無法感知它的存在。

早期物理學家觀測粒子束的土辦法

如果我們想僅僅通過自己的感知來判斷對撞機內高能粒子束是開還是關，有一種簡單的方法，一種在早期粒子物理學相當普遍的方法。目前這種方法早已被禁止使用！

如果我們睜開眼睛，無論怎麼做都不會看到粒子束。但是如果閉上眼睛，如果存在粒子束我們就會看到眼瞼內部在閃光!

光速在真空中的速度為299,792,458米每秒。但是，如果讓光通過一種介質，或者由原子而不是真空構成的物體，光速就會減慢。例如，在空氣中，光速為299,790,000米/秒，但是在水裡光速將下降到真空中速度的75%左右!

當你把鉛筆的一部分放入水中時，我們看到「光的彎曲效應」，這是因為光線在空氣中和水中傳播的路徑不同造成的折射效應，這就導致了水中的光速會變慢。

在介質中，任何波長的光都會瞬間減速，而任何有質量的粒子則不會。所以如果粒子以真空中光速的80% 90%或99.9999%的速度運動，然後突然轉變成水，你會發現粒子在這種新介質中運動的速度比光速還快!如果真的這樣，就會發生一種神奇的現象。

當一個帶電粒子的運動速度比真空中的光速慢時，它進入一個運動速度比光速快的介質，當它經過時，它會使周圍的分子極化。激發分子很快回落到基態，釋放出一種非常特殊的異塵餘生，稱為切連科夫異塵餘生，在上面所示的核反應堆中表現為典型的藍色輝光。切連科夫異塵餘生（Cherenkov radiation）是介質中運動的物體速度超過該介質中光速時發出的一種以短波長為主的電磁異塵餘生，其特徵是藍色輝光。

極化分子需要消耗能量，而能量來自於介質中比光速還快的初始粒子，粒子的能量損失(和速度)與之成正比。它將繼續以這種方式失去能量,直到低於媒介中的光速,同時一直發射切連科夫異塵餘生。因為切連科夫異塵餘生垂直於入射粒子，但入射粒子在其初始方向有一些動量，所以切連科夫異塵餘生的形狀是一個狹窄的圓錐體。

因此，如果你的緊閉著眼睛，高速粒子將穿過眼瞼，當這些粒子撞擊眼睛中的液體時，它們會導致切連科夫異塵餘生，其中包括可見光。換句話說，如果加速器是開著的，閉上眼睛就能看到光點！

現在看來這種做法有點太過於兒戲。但是在最初的時期，粒子束的能量並不高。後來，當粒子以驚人的速度運動時，物理學家往往因缺乏安全性而死於癌症，現在早已不再允許以這種方式觀察粒子加速器是否在運行。這在大約70年前就不再是一種常見的方法，因為隨著光束能量的增加，異塵餘生對活體組織造成的損傷也在增加。

被高能粒子束爆頭的物理學家是怎麼回事

但是在1978年，蘇聯最強大的粒子加速器達到70 GeV的能量時，發生了一次被高速粒子爆頭的事故。

阿納托利·布戈爾斯基(Anatoli Bugorski)正在檢查發生故障的設備時，被突然打開的粒子加速器爆頭，高速粒子從他鼻子的左側、整個頭骨和頭骨的左側後方穿過。據他後來回憶，他說，他看到一束「比1000個太陽還要亮」的光，但當時沒有感到任何疼痛。

幾天后，他的左臉腫脹，皮膚開始脫落；留下了永久性的神經損傷，現在有複雜的癲癇發作。但值得注意的是，儘管他接受了被認為致命劑量的異塵餘生，但他卻活到了今天。他的左臉不僅完全癱瘓，而且似乎已經停止衰老。正如下圖片看到的，他的左臉看起來比右臉年輕，現代醫學並不確定其中的原因！

他目前仍然是一名實驗物理學家，自事故發生以來，他的心智能力不知何故並沒有減弱。