在生活中,我们经常会遇到两个质量大的物体相互碰撞,比如重物坠落地面、两辆车相撞,碰撞的瞬间会使两个物体的动能减为零;
我们知道,能量不会凭空消失,它们会转化为热能,释放出另一种形式的机械能。这时候,我们会看到碰撞现场周围四处飞溅的火花,以及分解成碎片的物体。
从日常生活中的碰撞事件我们可以看出,两个物体高速碰撞是一个能量转换的过程,同时也会破坏原有物质的结构,让我们找到更小的单位材料。
所以在科学界我们经常用两个亚原子粒子,把它们加速到很高的速度(接近光速),比如质子或者电子,然后让它们相互碰撞;
在能量释放的瞬间,我们可以用精密的粒子探测器探测和记录亚原子粒子碰撞时分解成的最小物质单元,以及通过M=E/可能产生的新能量c^2在能量释放过程中。粒子。
这就是高能物理学的作用。不断地与高能粒子碰撞,不断增加碰撞的动能,不仅可以让我们发现可能存在的新粒子,还可以让我们发现可能存在的新物理定律,对我们理解成分至关重要宇宙的起源,以及它的诞生。
世界上最强大的粒子加速器是欧洲的大型强子对撞机。它加速的粒子是质子。由于质子带正电,科学家可以通过不断变化的电场来加速质子;
因为带电粒子在磁场中运动时会受到一个垂直于运动方向的洛伦兹力,使带电粒子作圆周运动,所以科学家们可以利用随着带电粒子速度的增加而增加的磁场将质子包含在一个大小不变的圆内。
这就是大型强子对撞机加速质子的方式。目前,我们可以将质子加速到299,792,455m/s。这个速度只比光速小3m/s。可以看出,它几乎与光速相同。
但是3m/s的速度是人类无法逾越的鸿沟,因为这是相对论所不允许的,我们只能无限接近光速,而无法达到光速。
那你有没有想过,一个如此接近光速的质子,其能量高达7TeV(兆电子伏特),如果这样的粒子打到人身上呢?将会发生什么
AnatolyBugorsky是一位俄罗斯物理学家。36岁时,他遭遇了被高能质子束爆头的悲剧。幸运的是,他活了下来,这简直就是奇迹。
阿纳托尔1942年6月25日出生于俄罗斯,1978年开始在普罗特维诺高能物理研究所从事研究员工作。这个研究所当时有一个质子加速器U-70。LHC做同样的工作。
1978年7月13日,阿纳托利照例对加速器进行例行检查和维护,却忘记打开安全装置,将头伸进高能粒子的加速环;
这时加速器突然启动,瞬间被路径上的高能质子束“爆头”;
但我们需要知道的是,撞击人体的高能质子不会与人体发生机械碰撞,而是会瞬间穿透人体,因为人体是由原子构成的,质子多小于原子的大小,只是原子核中的一个组成粒子。
于是高能质子瞬间穿透人体,穿透阿纳托利的质子从他的后脑勺左侧进入,然后从他的鼻子左侧出来。
阿纳托利当时没有感觉到任何疼痛和异常。他说他看到一道比太阳亮一千倍的闪光。
这个闪光其实是高能质子穿透他的头部时产生的,叫做切伦科夫辐射。它是高能粒子在介质(人体中的水)中运动速度超过光速时产生的蓝光。我们也可以把这种发光现象称为光障。
在核反应堆中,我们经常会看到这种蓝色的光芒。阿纳托利立即被送往莫斯科的一家医院接受治疗。当时,所有人都认为他活不下去了,会死于慢性放射病。
并且还准备以阿纳托利为实验对象,研究辐射对人体的影响。不过出乎所有人意料的是,阿纳托利的情况并没有大家想象的那么糟糕。随后的日子里,他左半边脸的皮肤都可以剥落,左耳听力丧失,左半边脸逐渐失去知觉,瘫痪。
还有,他经常感到疲倦,偶尔会抽搐,但两年后就停止了。除上述外,无其他不适。还有一个最有意思的副作用就是,随着年龄的增长,右脸明显苍老,对周围的环境不满,而左脸却没有任何变化,仿佛被岁月凝固了一样。
时至今日,他还健在,还在从事科研工作,智力没有受到太大影响,也没有出现其他后遗症。
高能质子束不危险吗?不能杀人?
不行,一个接近光速的质子会带来20万多拉德到30万拉德的辐射剂量,500到600拉德的辐射可以在短时间内杀死一个人。但是一纳秒。
所以高能质子束穿透人体所带来的电离辐射是非常致命的。它可以电离化学分子,甚至原子,破坏细胞结构、蛋白质甚至DNA。
但是人们仍然不知道阿纳托利为什么能在这场灾难中幸存下来,但可以肯定的是,它所受的伤害是集中在一个小范围内的,不像其他美国的辐射那样,整个器官乃至人体都会受到大范围的影响。
或许他是幸运的,因为高能质子并没有穿透大脑的重要区域,比如海马体和额叶。另一方面,有专家认为质子束对身体不同部位的反应不同,而且由于这种事故极为罕见,所以确实没有案例研究研究质子束对身体不同部位的影响。身体。那么我们在日常生活中会不会受到电离辐射的危害呢?
生活中有很多辐射,只要有温度就有辐射,只是辐射强度,也就是辐射光的频率不一样。
在上图中,我们可以看到生活中常见的电磁波。它们的能量比太阳的可见光弱,完全无害。所以当有人告诉你收音机、WIFI有辐射、手机有辐射等;真正能对人体造成伤害的,是波长在紫外线以上的电磁波。
然而,这些提供能量的光子在自然界中并不丰富,否则生命就会诞生。那么除了电磁波之外,还有没有像质子、电子这样的高能粒子呢?
你们可以放心,地球的大气层和磁场已经阻挡了这些危险粒子,它们无法到达地面。
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