问题

粒子对撞机中的高速粒子打到人身上会怎么样?

回答
想象一下,你站在一个巨大的粒子对撞机旁边,那里有两束以接近光速飞驰的粒子,它们即将发生一场惊天动地的碰撞。这时,其中一束粒子突然偏离了轨道,径直朝你飞来。这可不是闹着玩的,后果会非常严重,甚至可以说是毁灭性的。

首先,我们要明白,这些粒子之所以可怕,是因为它们拥有惊人的动能。它们的质量可能比我们熟悉的任何物体都要小得多,但它们的速度却是我们难以想象的。就像一颗质量微不足道的子弹,如果它以极高的速度射出,其破坏力也会相当可观。而粒子对撞机里的粒子,那速度简直是指数级的增长。

当这些高速粒子撞击到你的身体时,它们会以一种我们常人无法理解的方式与你体内的原子和分子发生作用。它们不会像子弹那样简单地打穿一个洞,而是会进入你的组织,在那里释放出它们巨大的能量。

你可以想象成,一个比尘埃还小的东西,却蕴含着足以引发微型爆炸的能量。它会瞬间击碎你身体内的原子键,将构成你细胞的蛋白质、DNA等复杂的分子撕裂,甚至可能直接将原子核击碎。这就像一颗微型炸弹在你身体内部爆炸一样。

更糟糕的是,这些粒子撞击的不是一个点,而是在你的身体内部进行一系列的连锁反应。它们会引发电离,剥离电子,将中性的原子变成带电的离子。这个过程会产生大量的二次粒子,这些二次粒子又会继续轰击你身体的其他部分,引发更广泛的破坏。

对于你的身体组织来说,这种级别的能量注入是无法承受的。细胞会被瞬间摧毁,组织会被烧蚀、碳化,甚至汽化。想象一下,你体内的血液、肌肉、骨骼,在如此剧烈的能量冲击下,会变成什么样子?它们会被瞬间分解,蒸发,或者变成一堆极其不稳定的放射性物质。

而且,由于粒子速度极快,它们穿透力也非常惊人。它们可能不会停留在你皮肤表面,而是会深入到你的内脏,攻击你的大脑、心脏等重要器官。一旦这些核心器官受到如此严重的损伤,生命将无法维持。

从宏观上看,你可能会瞬间感觉一股无法形容的巨大力量穿透了你,然后,就什么都没有了。你的身体会被从内部瓦解,甚至可能在你来不及感受到痛苦之前就已经被完全摧毁了。留下的可能不是一个完整的躯体,而是一团被高度电离、可能还带有放射性的残渣。

从医学角度讲,这种伤害是无法治愈的。没有哪种技术能够修复被如此彻底破坏的原子和分子结构。你体内的生命化学过程会瞬间停止,所有生理功能都会被强制关闭。

所以,粒子对撞机中的高速粒子一旦失控打到人身上,那结果就是瞬间的、彻底的、而且是毁灭性的身体瓦解。这绝对是我们人类在日常生活中最不希望遇到的灾难性事件。

网友意见

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要看怎么打:多少粒子?覆盖范围?


我假设题主指的粒子对撞机是LHC,也就是目前世界最大的粒子对撞机,其中的质子能量可以加速到 7 TeV。这个能量是什么概念?为了直观些,我们先拿能量远低于其的医用质子束来做个比较。

上图是模拟产生的能量分布图,可以看到,226 MeV的医用质子数,可以在水中深入到约30公分的距离,其大部分能量,也沉积在束流停止的附近。在辐射医学中,人体组织可以近似看作水。也就是说,达到几百MeV能量的质子束,即可穿透一个瘦子。

那7TeV的质子在水中,能量沉积会是怎样的情况呢?我用Geant4再次模拟了一下,运行了1000个7TeV质子后,得出的能量沉积如下所示:

可以看到,7TeV的质子并不能有效穿透25米深的水。粗略计算,其在最初的30公分内的能量沉积,约占总能量的0.03%,也就是留下了GeV级别的能量。所以,能量几万倍于医用质子的LHC质子,可以轻松穿越人体。并在途径人体的过程中,留下相当可观的能量沉积。这些沉积对应的,是可以直接或间接对细胞DNA产生破坏的各种粒子。

上图中,左侧是完好的DNA链,右侧则是在光子,和重离子破坏下的DNA链。质子对人体细胞的辐射损害,也既是通过其本身,以及过程中产生的电子和重离子,通过破坏DNA链来实现的。

然而,与“脱离剂量谈毒性,都是耍流氓”一样,脱离了剂量谈辐射损伤,亦是如此。能量再高的粒子,如果数量很少,穿过人体所造成的破坏,完全可以忽略不计。人体的细胞数量大概在几十万亿量级,每天自然代谢死亡的数量就约百亿个,所以少量因辐射损伤的细胞,并不会让你有任何感觉。


如果质子数量足够多呢?

上面提到了,辐射对人体的破坏,主要靠的是对DNA的破坏。所以通俗地来说,辐射损伤具有一定的滞后性。细胞在被辐射破坏了DNA后,并不会立刻死亡,然而已经被判了死刑。这也就意味着,在下一轮周期开始时,这个细胞会死亡,并且不会产生新的细胞。细胞周期如下所示:

所以,如果是足够量,一小束穿过人体非致死位置的束流,就像知友 @中子电偶极矩 所提到的那个案例一般:

那是上世纪七十年代,发生在Anatoli Bugorski身上的“传奇经历”。一束几十GeV的质子束(能量百倍于医用质子束),穿过他的头部,事发时他并未感到任何疼痛。在之后的几天,他的那部分皮肤和组织,开始剥离脱落。好在,他幸运地活了下来,并完成了学业,拿到了博士学位。

那如果是全身范围,受到了致命辐射损害呢?

在全身被高能质子束大剂量辐射后,这一刻起,人已经可以算是活死人了。身体上的各个器官,包括皮肤,都会在短时间内死亡,并脱落。如果有幸,脑子还能正常工作的话,我建议尽快自行了断,否则你会清醒地看着自己的身体大片大片烂掉,最终成为一个无法与外界沟通,但依然活着的尸体。

感兴趣,并且心脏足够大的小伙伴(注意:慎入慎入慎入),可以搜索“大内久 日本临界事故”,或者看看下面这个文章。这是上个世纪末发生在日本的临界事故。遇难者大内久受到的是大量的中子辐射,事发后依然可以自行走入医院,但却从此再也没有出来。悲惨的遭遇,让他最终成为了一个大脑依然活跃的尸体。

不过,”好消息“是,在TeV级别的大剂量大范围高能质子辐射下,你的脑子,一定很快就坏掉了。


最后,让我们回到具体的问题中来:LHC的7 TeV 束流打在人体身上,是什么效果?

上图是LHC中,质子束在碰撞中心的尺寸变化。最终在碰撞点时,束流尺寸(直径)会因为聚焦,而降低到64微米。什么概念呢?大概就是我们一根头发的直径。然而我认为(一家之言),即使在打击点固定不变,且尺寸维持在64微米的情况下,其每25纳秒一个束,每束有10的11次方量级的致密质子束,依然会造成可怕的损伤。其与人体组织作用后,产生的能量依然可观的次级粒子,也会造成更大范围的辐射损伤。

说来有趣,早些时候,类似的问题已经有人问过LHC相关的各个大佬了。我把视频放在最后,供大家参考下。

把手挡在LHC束流前会??? https://www.zhihu.com/video/1096573930726404096

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