人们为何能够放下担忧而爱上粒子加速器

乔尔·弗洛里希

译/段晓茜

如果把身体探进粒子加速器会发生什么？这一情景像是漫威公司出品的一个不怎么讨喜的漫画开头，却恰好反映了我们对辐射、人体脆弱性以及物质本质的直觉。粒子加速器帮助物理学家通过在强磁场中加速亚原子粒子并跟踪其碰撞后產生的相互作用来进行研究。通过探索宇宙的种种奥秘，对撞机已经融入我们的时代精神，并触发了我们的好奇和恐惧。

早在2008年，欧洲核子研究组织（CERN）被控通过大型强子对撞机（LHC）创建微观黑洞，从而帮助物理学家探寻额外维度。对许多人而言，这听起来像是一部灾难性的科幻影片。因此，当两名人士通过诉讼来阻止LHC继续创建出强大到足以摧毁世界的黑洞时，也就不足为奇了。但物理学家认为这种担忧非常荒谬，而诉讼也被驳回。

到了2012年，LHC检测到物理学家梦寐以求的希格斯玻色子，这是解释粒子如何获取质量所必需的一种粒子。随着这一重大成就，LHC进入了大众文化，出现在了美国重金属乐队麦加帝斯的《超级对撞机》（2013）专辑封面上，并在美国电视连续剧《闪电》（2014）中成为剧情的转折点。

然而粒子对撞机的成就与魅力无法掩盖粒子物理学过于抽象的事实，很少有人能理解其内涵、意义或用途。与美国航空航天局发送到火星的探测器不同，CERN的研究不能产生令人叹为观止的有形图像。相反，粒子物理学研究用黑板上的方程式和被称为费曼图的曲线表示才能达到最佳效果。诺贝尔奖获得者阿格·玻尔的父亲尼尔斯发明了原子的玻尔模型，而阿格的同事欧雷·乌尔夫贝克甚至否认了亚原子粒子的物理存在，仅仅将其看作数学模型。

这使我们再次回到最初的问题：以接近光速行进的亚原子粒子束遇到人体时究竟会发生什么？也许因为粒子物理学和生物学领域的概念已经不复存在，不仅外行人缺乏回答这个问题的直觉反应，就连一些专业的物理学家也无法做出回答。在2010年YouTube对诺丁汉大学的物理学和天文学教师进行的一次采访中，一些学术专家承认，他们几乎不知道将手伸进LHC的质子束中会发生什么。迈克尔·梅里菲尔德教授的回答十分简单：“这是一个很好的问题，但我的答案是‘我不知道。很可能是非常不好的结果。”劳伦斯·伊夫斯教授对自己的结论也非常谨慎，这或许是他身为英国人的含蓄。他说：“按照我们的能量标尺进行观察，它也许不会那么明显。那么我会把手放入质子束吗？对此我不能确定。”

这些思想实验可以作为有用工具来探索那些在实验室中无法研究的情况。然而，不幸的事故却偶然催生了案例研究：研究者获得了由于伦理原因而不能展开实验的机会。案例研究的样本数量为1且无对照组。但是，正如神经科学家V.S.拉玛钱德朗在《大脑幻影》（1998）中指出的， 证明猪可以说话只需要一只说话的猪。例如，1848年9月13日，一根铁杆穿过美国铁路工人菲尼亚斯·盖奇的头部，从而深刻改变了他的个性，这为人格的生物学基础提供了早期证据。

1978年7月13日，苏联科学家阿纳托利·布戈尔斯基将头伸进了粒子加速器中。那天，布戈尔斯基正在检查U-70同步加速器上的故障设备，这是当时苏联最大的粒子加速器。当一个安全机制出现故障时，一束质子几乎以光速穿过他的头部，与菲尼亚斯·盖奇的遭遇非常类似。在那一重要的历史时刻，可能不会有其他人经历过如此高能量的聚焦辐射束。虽然质子治疗（一种使用质子束来破坏肿瘤的癌症治疗方法）早在布戈尔斯基事故之前已经得到开发，但其质子束的能量通常不超过2.5亿电子伏特。布戈尔斯基遭遇的是760亿电子伏特的光束，比质子治疗使用的能量高出300多倍。

质子辐射确实罕见而恐怖。来自太阳风和宇宙射线的质子被地球大气阻挡，并且由于质子辐射在放射性衰变中十分罕见，直到1970年才被观察到。对于紫外光子和阿尔法粒子等更常见的威胁，除非人体摄入放射源，否则不会通过皮肤穿透身体。例如，俄罗斯人亚历山大·利特维年科被无法穿透纸张的阿尔法粒子杀死，原因就在于他不知不觉中摄入了由刺客提供的放射性钋-210。受太空服保护的“阿波罗”号宇航员暴露在含有质子或更奇特辐射形式的宇宙射线中时，他们声称看见了光的闪烁，这应该是布戈尔斯基遭遇事故的预兆。根据1997年《有线杂志》的一次采访记录，布戈尔斯基表示当时看到一阵强烈的闪光，但没有疼痛感。这位年轻的科学家被带到莫斯科的一家诊所，一半脸是肿的，医生做了最坏的预期。

电离辐射粒子（如质子）通过破坏DNA中的化学键而对身体造成破坏。这种对细胞遗传编程的攻击可以杀死细胞，阻止其分裂或诱导癌变。快速分裂的细胞，例如骨髓中的干细胞受损最多。因为骨髓产生血细胞，所以许多辐射中毒病例都是由于白细胞和红细胞大量损失而分别导致感染和贫血。但布戈尔斯基的情况独特之处在于，辐射形成了一个狭窄的波束穿过其头部，而并非

切尔诺贝利灾难或广岛原子弹爆炸中许多受害者遭遇的广泛分布的核辐射。对布戈尔斯基来说，特别脆弱的骨髓和胃肠道等组织有可能免除了伤害，但是在质子束穿过的位置积聚了惊人的辐射能量，据估计超出致命量的几百倍。

所幸，布戈尔斯基仍然在世。他瘫痪的半张脸永远保持着年轻的模样，一只耳朵据说失去了听力。他至少患有六种全身强直阵挛性发作，通常称为大癫痫发作。这是在电影和电视中最常见的癫痫发作，会导致抽搐和意识丧失。布戈尔斯基的癫痫可能是由质子束留下的脑组织瘢痕导致的，这也造成了小的癫痫或失神性癫痫发作——在意识暂时中断期间会出现神志恍惚。没有报道表明布戈尔斯基曾被诊断出癌症，虽然这通常是暴露在辐射中的长期后果。

尽管粒子加速器束穿过了布戈尔斯基的大脑，但他的智力仍保持完好，并在事故发生后成功获得了博士学位。他是灾难幸存者。也就是说，尽管粒子加速器的内部令人生畏，但人类已经在核时代幸存了下来。