把頭伸進……粒子加速器會怎樣？

（譯 / 紅豬）如果把身子探進一台粒子加速器，會發生什麼？這聽起來像一部差勁的漫威連環畫開頭情節，但它也為我們關於輻射、關於人體的脆弱、關於物質本性的直覺提供了一些線索。粒子加速器賦予了物理學家研究亞原子粒子的新手段：他們將粒子在強大的電磁場中加速，並追蹤撞擊後產生的相互作用。因為探索宇宙奧秘，對撞機成為了時代精神的一部分，也激起了現代人的驚奇和恐懼。

早在2008年，就有人指責歐洲粒子物理研究所（CERN）在用大型強子對撞機（LHC）製造微型黑洞，據說物理學家就是用這個法子尋找其他維度的。在許多人看來，這都像是一部科幻災難電影的情節。後來果然有兩個人提起訴訟，要求LHC停止運營，以免製造出強大的黑洞毀滅世界。但物理學家辯稱這純屬謬論，訴訟也遭到了駁回。

2012年，LHC找到了尋訪已久的希格斯玻色子，有了這種粒子，就可能解釋其他粒子是如何獲得質量的了。這個偉大成就使LHC進入了流行文化，2013年，重金屬樂隊Megadeth把它放在了唱片《超級對撞機》（Super Collider）的封面上；2014年，美國電視劇《閃電俠》也把它寫進了劇情。

專輯封面上的LHC。圖片來源：Megadeth

但是雖然有了這些成就和榮耀，粒子物理學卻因為太過抽象的緣故，其含意或用途始終少有人理解。不同於NASA向火星發射探測器，CERN的研究並沒有創造什麼震撼人心的具體形象。最能體現粒子物理學研究的是黑板上的公式和稱為「費曼圖」的彎曲線條。就連諾獎得主奧耶·波爾（Aage Bohr，波爾原子模型的提出者尼爾斯·波爾之子）和同事歐勒·烏爾夫貝克（Ole Ulfbeck）都主張亞原子粒子只是數學模型、沒有物理實體。

這就要說回我們最初的問題了：當一束接近光速的亞原子粒子撞上人的血肉，結果將會如何？也許因為粒子物理的概念和生物學相距遙遠，不但普通人的直覺不足以回答這個問題，就連一些專業物理學家也一籌莫展。2010年，諾丁漢大學的幾位物理學和天文學家在Youtube接受訪問時承認，他們也不知道把手伸進LHC的質子束中會發生什麼。邁克爾·梅里菲爾德（Michael Merrifield）教授簡明地說道：「這個問題很好，我不知道該怎麼回答。不過你很可能會受到重創。」勞倫斯·伊維斯（Laurence Eaves）教授也不敢輕易定論，他說：「以我們觀察的能量規模而言，對人的效果應該不會太明顯。」但他的話里也難免有些英國式的輕描淡寫，「我會不會把手伸進粒子束？也許是不會的吧。」

對於那些無法在實驗室里研究的情況，這樣的思維實驗可以說是有用的探索手段。不過偶爾也會發生一些為研究提供實例的不幸意外：一些因為倫理原因無法開展實驗的課題，都可以用這種方式研究。這類實例研究都只有一個樣本，且沒有對照組。然而就像神經科學家V·S·拉馬錢德蘭（V.S.Ramachandran）在1998年的著作《腦中的幽靈》（Phantoms in the Brain）中指出的那樣，要證明豬會說話，只要一隻會說話的豬就行了。比如在1848年9月13日，一根鐵條穿透了美國鐵路工人菲尼亞斯·蓋奇（Phineas Gage）的頭顱，深刻改變了他的性格，也為人格研究提供了早期的生物學依據。

1978年7月13日，蘇聯科學家阿納托利·布戈爾斯基（Anatoli Bugorski）把頭伸進了一台粒子加速器。在那性命交關的一天里，蘇聯最大的粒子加速器，鈾-70同步加速器出現了故障。布戈爾斯基在給它檢查時，一部安全裝置失靈，一束質子以接近光速穿過他的頭部，就像鐵條插進菲尼亞斯·蓋奇的頭部一般。在此之前，歷史上或許還沒有誰受過這樣高能量的集中輻射。雖然這次事故之前已經有人在試驗用質子束摧毀腫瘤，但這類療法中的粒子束一般不高於2.5億電子伏（一個用於小型粒子的能量單位）。布戈爾斯基遭受的照射能量也許比這高出了300倍、達到了760億電子伏。

質子輻射是一頭珍奇異獸：太陽風和宇宙射線中的質子會為地球大氣所阻擋，而放射性衰變中的質子輻射又太稀少，以至於到了1970年才得到觀察。而那些較為常見的威脅，比如紫外光子和阿爾法粒子，都只有在放射源被人體吸收的情況下才能穿透皮膚。例如俄國異見者亞歷山大·利特維年科（Alexander Litvinenko）就是因為無意間吃下了刺客投放的釙-210才死去的，而這種物質放出的射線平時連紙都很難穿透。但是當阿波羅計劃的宇航員穿著宇航服被含有質子和其他危害更大的宇宙射線擊中時，他們說自己的眼前出現了閃光，布戈爾斯基在發生事故那天也有了這個體驗。他在1997年接受《連線》雜誌採訪時表示，他當時立即看到了一片強光，卻不感到疼痛。這位年輕科學家被送到莫斯科的一家診所，半邊臉都腫了，醫生預計了最壞的情況。

不幸被質子束擊中的布戈爾斯基。圖片來源：survivor-story.com

像質子這樣的電離輻射粒子是以破壞DNA中化學鍵的方式危害人體的。它們攻擊細胞的遺傳編程，從而殺死細胞，阻止其分裂，或是引起癌變。那些分裂迅速的細胞受的危害最大，比如骨髓中的幹細胞。骨髓製造血細胞，因此許多輻射的受害者會喪失白細胞和紅細胞，並由此引起感染和貧血。但布戈爾斯基的例子與眾不同，他受的輻射範圍很窄，集中在穿過頭部的粒子束中，並沒有像切爾諾貝利事故或廣島爆炸的許多受害者那樣渾身受到破壞。在布戈爾斯基身上，像骨髓和消化道之類特別敏感的組織，或許大多都避開了輻射。不過粒子束射穿他的頭部時，卻依然留下了巨大的輻射能量，比有些人估算的致命劑量高出了幾百倍。

然而直到今天，布戈爾斯基卻依然活著。他的半張臉癱瘓了，這使他的半個腦袋看起來出奇的年輕。他的一隻耳朵據說失去了聽力，還經歷過至少六次「全身強直－陣攣性」發作。這種病俗稱「癲癇大發作」，是影視劇中最常出現的痙攣，發作時身體抽搐，不省人事。布戈爾斯基的癲癇，可能就是質子束留下的腦組織疤痕所引起的。他還患有失神發作（absence seizures），癥狀雖遠比不上癲癇大發作劇烈，卻也會使人神情恍惚、意識暫停。除此之外，沒有報告顯示他診斷出了癌症，雖然輻射經常會造成這種長期後果。

布戈爾斯基被質子束穿過的半邊臉因癱瘓而很少皺紋，結果反而顯得格外年輕。圖片來源：gawker

雖然被加速器中的粒子束射穿了大腦，布戈爾斯基的智力卻未受損傷，事後依然順利讀完了博士學位。布戈爾斯基活過了這場事故。人類也和他一樣。雖然粒子加速器的內部是那樣可怕可畏，但人類卻至今沒有在核子時代滅亡。

編輯：游識猷；排版：曉嵐歐歐

編譯來源：What Happens If You Stick Your Head in a Particle Accelerator?

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