如果将头贴在粒子加速器上结果会如何？

出品 | 王真 网易科学人栏目组

如果你将身体贴在粒子加速器上，结果会怎样？这个假设听起来就像是糟糕的漫画，但其却恰好能够揭示我们有关辐射以及人体脆弱性的思考。粒子加速器可在强大磁场中加速亚原子粒子，让物理学家观察到粒子碰撞产生的相互作用。通过研究宇宙的奥秘，粒子对撞机已经成为新的时代思潮，帮助我们了解这个时代的奇迹和恐惧。

回到2008年，当时欧洲粒子物理研究所(CERN)的大型强子对撞机(LHC)创造出微型黑洞，帮助物理学家发现额外维度。对于许多人来说，这听起来就像灾难性科幻电影中的情节。为此当2人提起诉讼，要求停止大型强子对撞机运行时，无需感到惊讶，因为其产生的黑洞足以导致世界毁灭。但是物理学家们认为，这种想法过于荒谬，诉讼也被驳回。

2012年，大型强子对撞机发现了长期寻找的希格斯玻色子，这种粒子可以帮助解释粒子如何获得质量。取得这一重大成就后，大型强子对撞机开始进入流行文化：2013年，重金属乐队Megadeth出版新专辑《Super Collider》，以大型强子对撞机作为封面。2014年，大型强子对撞机出现在美国漫画《闪电侠》中。

尽管大型强子对撞机拥有非凡的魅力，但粒子物理学领域如此抽象，很少有人能够真正理解其含义或用途。与美国宇航局向火星发送探测器不同，欧洲粒子物理研究所的研究并未产生惊人的有形图像。相反，这些粒子物理研究多被黑板上的方程或名为费曼图的线条描述出来。诺贝尔奖得主奥格·玻尔（Aage Bohr）及其同事奥利·伍尔夫贝克（Ole Ulfbeck）甚至否认亚原子粒子的物理存在，称其只是数学模型。

现在，重新回归到我们的原始问题：当亚原子粒子以近乎光速的速度接触到人类血肉时，会发生什么？或许因为粒子物理学和生物学领域在概念上相去甚远，不仅外行们对这个问题缺少直觉性回答，就连有些物理学家可能都不知道答案。2010年YouTube在诺丁汉大学采访了多位物理学和天文学教授，多位学术专家承认，他们不知道当人的头接近大型强子对撞机的质子束中时会发生什么。

迈克尔·梅里菲尔德教授（Michael Merrifield）更是直截了当地回答：“这是个很好的问题，但我不知道答案。或许对你来说很糟糕。”劳伦斯·埃弗斯教授（Laurence Eaves）也谨慎地表示：“按照我们观察到的能量水平，影响可能不容易被注意到。”

对于实验室中无法通过试验验证的假设，这类思维可能是非常有用的工具。然而，偶尔不幸的事故可能成为很有价值的案例研究：对于研究人员来说，研究这些因为伦理原因而无法进行试验的案例很重要。但案例研究的样本只有1个，通常没有对照组。神经学家拉玛钱德伦（V.S. Ramachandran）曾在《大脑幻影》一书中指出，只有会说话的猪才能证明猪会说话。

1848年12月13日，一根铁棒刺穿了美国铁路工人菲尼亚斯·凯奇（Phineas Gage）的头，从而令他性格大变，这位人格的生物学基础提供了早期证据。1978年7月13日，前苏联科学家安纳托利·布格尔斯基（Anatoli Bugorski）将他的头贴在粒子加速器上。当时，布格尔斯基正在检查U-70同步加速器（当时苏联最大的粒子加速器）上出现故障的设备，由于安全机制失效，一束质子以近乎光速的速度穿过他的头，就像铁棒穿过凯奇的头那样。

当时，世界上还没有任何人经历过这种强度的高能辐射。尽管布格尔斯基事件发生前，已经有人用质子疗法治疗癌症，但是这种能量束强度通常不超过2.5亿电子伏特（微小粒子使用的能量单位）。而布格尔斯基经历的质子束辐射可能是其300倍，高达760亿电子伏特。

质子辐射非常罕见，来自太阳风和宇宙射线的质子被地球大气层所阻。质子辐射的放射性衰变也非常罕见，直到1970年才被观察到。更熟悉的威胁，比如紫外线质子和阿尔法粒子都无法穿过皮肤刺入身体，除非有人将放射源吞下。举例来说，俄罗斯反对者亚历山大·利维年科（Alexander Litvinenko）死于阿尔法粒子，这种粒子甚至无法穿透纸张，但他在不知不觉中吞下了放射性钋-210。

当阿波罗宇航员穿着太空服暴露在含有质子和其他更致命辐射的宇宙射线下时，他们据说曾看到闪光，这预示着布格尔斯基当天可能看到了同样的景象。据《连线》杂志1997年采访，布格尔斯基看到了强光，但却没有感受到痛苦。这位年轻的科学家被送到莫斯科诊所，半边脸已被融化。

这些电离辐射粒子（比如质子）会对身体造成巨大破坏，导致DNA中的化学腱断裂。这种对细胞遗传编程功能发动的攻击能够杀死细胞，并阻止其继续分裂或诱发癌性突变。那些能够快速分裂的细胞受创最重，比如骨髓中的干细胞。因为血细胞产自骨髓，许多辐射中毒案例都会因白血球细胞和红血球细胞大量损失而导致感染和贫血。

而布格尔斯基事件比较特殊的地方是，辐射集中成窄束穿过他的头部，而非像切尔诺贝利核事故或广岛核爆炸中出现的辐射广泛分散现象。对于布格尔斯基来说，特别脆弱的组织，比如骨髓和胃肠道，可能在很大程度上得以幸免。但辐射穿过他的大脑，积累了大量辐射能量，可能比某些人估计的致命剂量高数百倍。

然而布格尔斯基今天依然活着，他的半边脸已经瘫痪，半个头部显得异常年轻。他的一只耳朵已经聋掉，至少发生过6次全身强直阵挛性癫痫。这种癫痫在电影和电视上经常看到，症状包括抽搐和失去意识。布格尔斯基的癫痫可能是质子束伤及大脑组织所致。没有报道称布格尔斯基患有癌症，尽管那是暴露在辐射环境下的常见结果。

尽管有质子光束穿过布格尔斯基的大脑，但他的智商依然保持正常，事故发生后，他成功获得了博士学位。布格尔斯基幸存了下来，与身处粒子加速器内部同样令人畏惧的是，人类也正从核时代幸存下来。