人們為何能夠放下擔憂而愛上粒子加速器

喬爾·弗洛里希

譯/段曉茜

如果把身體探進粒子加速器會發生什么？這一情景像是漫威公司出品的一個不怎么討喜的漫畫開頭，卻恰好反映了我們對輻射、人體脆弱性以及物質本質的直覺。粒子加速器幫助物理學家通過在強磁場中加速亞原子粒子并跟蹤其碰撞后產生的相互作用來進行研究。通過探索宇宙的種種奧秘，對撞機已經融入我們的時代精神，并觸發了我們的好奇和恐懼。

早在2008年，歐洲核子研究組織（CERN）被控通過大型強子對撞機（LHC）創建微觀黑洞，從而幫助物理學家探尋額外維度。對許多人而言，這聽起來像是一部災難性的科幻影片。因此，當兩名人士通過訴訟來阻止LHC繼續創建出強大到足以摧毀世界的黑洞時，也就不足為奇了。但物理學家認為這種擔憂非常荒謬，而訴訟也被駁回。

到了2012年，LHC檢測到物理學家夢寐以求的希格斯玻色子，這是解釋粒子如何獲取質量所必需的一種粒子。隨著這一重大成就，LHC進入了大眾文化，出現在了美國重金屬樂隊麥加帝斯的《超級對撞機》（2013）專輯封面上，并在美國電視連續劇《閃電》（2014）中成為劇情的轉折點。

然而粒子對撞機的成就與魅力無法掩蓋粒子物理學過于抽象的事實，很少有人能理解其內涵、意義或用途。與美國航空航天局發送到火星的探測器不同，CERN的研究不能產生令人嘆為觀止的有形圖像。相反，粒子物理學研究用黑板上的方程式和被稱為費曼圖的曲線表示才能達到最佳效果。諾貝爾獎獲得者阿格·玻爾的父親尼爾斯發明了原子的玻爾模型，而阿格的同事歐雷·烏爾夫貝克甚至否認了亞原子粒子的物理存在，僅僅將其看作數學模型。

這使我們再次回到最初的問題：以接近光速行進的亞原子粒子束遇到人體時究竟會發生什么？也許因為粒子物理學和生物學領域的概念已經不復存在，不僅外行人缺乏回答這個問題的直覺反應，就連一些專業的物理學家也無法做出回答。在2010年YouTube對諾丁漢大學的物理學和天文學教師進行的一次采訪中，一些學術專家承認，他們幾乎不知道將手伸進LHC的質子束中會發生什么。邁克爾·梅里菲爾德教授的回答十分簡單：“這是一個很好的問題，但我的答案是‘我不知道。很可能是非常不好的結果。”勞倫斯·伊夫斯教授對自己的結論也非常謹慎，這或許是他身為英國人的含蓄。他說：“按照我們的能量標尺進行觀察，它也許不會那么明顯。那么我會把手放入質子束嗎？對此我不能確定。”

這些思想實驗可以作為有用工具來探索那些在實驗室中無法研究的情況。然而，不幸的事故卻偶然催生了案例研究：研究者獲得了由于倫理原因而不能展開實驗的機會。案例研究的樣本數量為1且無對照組。但是，正如神經科學家V.S.拉瑪錢德朗在《大腦幻影》（1998）中指出的， 證明豬可以說話只需要一只說話的豬。例如，1848年9月13日，一根鐵桿穿過美國鐵路工人菲尼亞斯·蓋奇的頭部，從而深刻改變了他的個性，這為人格的生物學基礎提供了早期證據。

1978年7月13日，蘇聯科學家阿納托利·布戈爾斯基將頭伸進了粒子加速器中。那天，布戈爾斯基正在檢查U-70同步加速器上的故障設備，這是當時蘇聯最大的粒子加速器。當一個安全機制出現故障時，一束質子幾乎以光速穿過他的頭部，與菲尼亞斯·蓋奇的遭遇非常類似。在那一重要的歷史時刻，可能不會有其他人經歷過如此高能量的聚焦輻射束。雖然質子治療（一種使用質子束來破壞腫瘤的癌癥治療方法）早在布戈爾斯基事故之前已經得到開發，但其質子束的能量通常不超過2.5億電子伏特。布戈爾斯基遭遇的是760億電子伏特的光束，比質子治療使用的能量高出300多倍。

質子輻射確實罕見而恐怖。來自太陽風和宇宙射線的質子被地球大氣阻擋，并且由于質子輻射在放射性衰變中十分罕見，直到1970年才被觀察到。對于紫外光子和阿爾法粒子等更常見的威脅，除非人體攝入放射源，否則不會通過皮膚穿透身體。例如，俄羅斯人亞歷山大·利特維年科被無法穿透紙張的阿爾法粒子殺死，原因就在于他不知不覺中攝入了由刺客提供的放射性釙-210。受太空服保護的“阿波羅”號宇航員暴露在含有質子或更奇特輻射形式的宇宙射線中時，他們聲稱看見了光的閃爍，這應該是布戈爾斯基遭遇事故的預兆。根據1997年《有線雜志》的一次采訪記錄，布戈爾斯基表示當時看到一陣強烈的閃光，但沒有疼痛感。這位年輕的科學家被帶到莫斯科的一家診所，一半臉是腫的，醫生做了最壞的預期。

電離輻射粒子（如質子）通過破壞DNA中的化學鍵而對身體造成破壞。這種對細胞遺傳編程的攻擊可以殺死細胞，阻止其分裂或誘導癌變。快速分裂的細胞，例如骨髓中的干細胞受損最多。因為骨髓產生血細胞，所以許多輻射中毒病例都是由于白細胞和紅細胞大量損失而分別導致感染和貧血。但布戈爾斯基的情況獨特之處在于，輻射形成了一個狹窄的波束穿過其頭部，而并非

切爾諾貝利災難或廣島原子彈爆炸中許多受害者遭遇的廣泛分布的核輻射。對布戈爾斯基來說，特別脆弱的骨髓和胃腸道等組織有可能免除了傷害，但是在質子束穿過的位置積聚了驚人的輻射能量，據估計超出致命量的幾百倍。

所幸，布戈爾斯基仍然在世。他癱瘓的半張臉永遠保持著年輕的模樣，一只耳朵據說失去了聽力。他至少患有六種全身強直陣攣性發作，通常稱為大癲癇發作。這是在電影和電視中最常見的癲癇發作，會導致抽搐和意識喪失。布戈爾斯基的癲癇可能是由質子束留下的腦組織瘢痕導致的，這也造成了小的癲癇或失神性癲癇發作——在意識暫時中斷期間會出現神志恍惚。沒有報道表明布戈爾斯基曾被診斷出癌癥，雖然這通常是暴露在輻射中的長期后果。

盡管粒子加速器束穿過了布戈爾斯基的大腦，但他的智力仍保持完好，并在事故發生后成功獲得了博士學位。他是災難幸存者。也就是說，盡管粒子加速器的內部令人生畏，但人類已經在核時代幸存了下來。