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把手伸進大型強子對撞機會怎樣?──《然後你就死了》

一九七八年,俄羅斯科學家阿納托利.布戈爾斯基(Anatoli Bugorski)在視察俄羅斯最強的粒子加速器(能把亞原子粒子加速到接近光速的機器)「U–70」時,遭主粒子束打中後腦勺,並從鼻子穿出。他不覺得疼痛,只表示看到「宛如上千個太陽的閃光。」醫生速速把他送去醫院檢查,以為他會死於輻射中毒。不過,除了臉部癱瘓、偶爾癲癇、輕微輻射病及頭上有個小洞之外,布戈爾斯基並無大礙,繼續完成博士學位。

大型強子對撞機。圖/flickr

那強百倍的大型強子對撞機可以嗎?

這是不是表示,你可以把手放進歐洲新的大型強子對撞機(Large Hadron Collider)?你會不會得到一個挺酷的傷疤,除此之外毫髮無傷?不。你和你的手都不會這麼幸運,畢竟俄羅斯 U–70 加速器的威力還不到大型強子對撞機的百分之一。

大型強子對撞機是世上最強大的粒子對撞機,可把在十七哩(二十七公里)圓型隧道內的質子,加速到 0.99999999 c(時速僅比光速少七哩),並在世上最大的撞擊大賽中讓它們相撞。這撞擊威力相當強大,曾引發小社群強烈反彈,擔心會產生足以吞噬地球的黑洞。

大型強子對撞機可把質子加速至0.99999999 c(時速僅比光速少七哩)。它們相撞的撞擊威力相當強大,曾引發小社群強烈反彈,擔心會產生足以吞噬地球的黑洞。圖/pixabay

這質子束是由一千億個質子構成,若加速到接近光速,會帶有巨大能量,相當於四百噸的列車以時速百哩前進。

質子束的能量很強,可在一毫秒內在銅中鑽一百呎(約三十公尺)深。正因如此,多數加速器都指向地底,以免故障時質子束射向城市,造成傷亡。

震破耳膜的巨響──電子束的第一波衝擊

這樣你該明白,為什麼不能把手伸進質子束了吧?但假設你沒看見警告標誌,仍然把手伸進去。那麼,第一個會出的問題是什麼?你的耳朵。

在大型強子對撞機中,碳纖維骨架引導質子束的前進。如果質子束偏離,會撞擊到碳纖維,這聲音聽起來就像你站在演唱會的喇叭之前那麼大聲。之後,當科學家做完實驗,這質子束的能量就會被扔進當作質子阱(proton trap)的石墨塊,聽起來像是兩百磅(九十一公斤)的黃色炸藥(TNT)爆炸,足以震破耳膜。

如果質子束偏離,會撞擊到旁邊的碳纖維骨架,而你的耳朵就好像站在演唱會的喇叭之前。當實驗結束,這質子束的能量就會被扔進當作質子阱(proton trap)的石墨塊,聽起來像是兩百磅(九十一公斤)的黃色炸藥(TNT)爆炸,足以震破耳膜。圖/pixabay

因此,你得戴耳塞。但說真的,耳膜震破是最不嚴重的問題。更大的問題在於質子束的力量。

手一動就切兩半──電子束的第二波衝擊

質子會毫無阻礙地通過你的手。質子束很小,寬度只和鉛筆的鉛芯差不多,且移動速度之快,你根本不會覺得痛。質子束很可能錯過你的骨頭,你的手或許能繼續正常運作,但只有手掌在非常非常靜止的時候是如此。

U–70 俄羅斯反應器不僅力量比大型強子對撞機小得多,而且只打出一發,因此布戈爾斯基頭上只有一個洞。大型強子對撞機比較像質子機關槍,在兩秒內發射將近三千發。如果你在第一發時把手抽離,質子束就會把你的手切成兩半。

萬別這麼做

U–70 俄羅斯反應器只打出一發,因此布戈爾斯基頭上只有一個洞。大型強子對撞機比較像質子機關槍,在兩秒內發射將近三千發。如果你在第一發時把手抽離,質子束就會把你的手切成兩半。圖/pixabay

輻射中毒而死──電子束的第三波衝擊

質子穿過你(但願是)靜止的手時,還會發生另一個更嚴重的問題。移動得這麼快的粒子必定有強烈的輻射。即使你離質子束好幾公尺,得到的輻射量還是會和照完整的胸腔 X 光一樣。

不過,如果質子束打到你,你究竟會得到多少輻射卻很難說。質子束本身帶有極大量的輻射,殺死你還綽綽有餘,不過大部分的輻射會錯過你。這是因為,雖然你認為你的手是靜止的,但從原子層次來看,其實是很大的空間。

如果你手上的一個原子放大成足球場的規模,那麼原子核就是在五十碼處的一粒彈珠。由於朝你發射的輻射子彈也相當小,多數都會錯過,因此饒了你一命,你不會馬上死。可惜的是,雖然大部分會錯過,但你可能被剛好夠多的輻射量擊中,於是緩慢而痛苦地死去。

質子束本身帶有極大量的輻射,殺死你還綽綽有餘,不過大部分的輻射會錯過你。可惜的是,雖然大部分會錯過,但你可能被剛好夠多的輻射量擊中,於是緩慢而痛苦地死去。圖/pixabay

即使 U–70 加速器不到大型強子碰撞機力量的百分之一,就差點讓布戈爾斯基死於輻射中毒。有鑑於此,我們敢打包票,大型強子碰撞機的質子束必定會奪去你的性命。質子束打到你手部時所產生的粒子,會以至少十西弗的輻射毒害你全身,而你的經歷會像一九九九年日本東海村核燃料製備場的意外中,兩名死亡的工作人員一樣。

巨量輻射讓你怎麼死?

大內久與篠原理人在製造小批量的核燃料時,因配方計算錯誤,導致混合物發生臨界事故。即使是接觸到致命的輻射量,受害者也不會立刻感到不適。症狀可能要經過幾個小時才會浮現。但是暴露在極端大量的輻射量時(例如你、大內久與篠原理人),症狀卻會馬上出現。

等到質子束穿過你的手,你眼前會馬上出現藍光,這是因為輻射通過你眼球液體的速度比光速還快(光速在水中的速度,比在真空慢三○%),並產生看起來是藍色的電磁波,稱為「契忍可夫輻射」(Cherenkov radiation)。大內久與篠原理人都說看見房間變成藍色,然而安全攝影機卻未顯示任何顏色改變。

質子束穿過你的手,你眼前會馬上出現藍光,稱為「契忍可夫輻射」(Cherenkov radiation)。 圖/wikimedia

質子束的能量會讓你變熱,因此你除了覺得房間顏色變藍之外,也會感覺變得很熱。你也會馬上想吐,因為輻射攻擊胃壁。你的皮膚則嚴重灼傷,此外還呼吸困難,可能失去意識。

你的白血球數量會降到趨近零,免疫系統無法發揮作用,內臟慢慢受損。醫生能治療你的症狀,卻無法挽回遭到輻射毒害的器官。你會在四到八週內死亡,確切時間取決於你所接收到的輻射量及內臟損壞惡化的速度。

不過,你手上的洞會很小,遲早會癒合,只留下小小的傷疤。

 

 

本文摘自《然後你就死了:被隕石擊中、被鯨魚吃掉、被磁鐵吸住等45種離奇死法的科學詳解》,2018 年 5 月,臉譜出版。

 

 

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