人們?yōu)楹文軌蚍畔聯(lián)鷳n而愛(ài)上粒子加速器

喬爾·弗洛里希

譯/段曉茜

如果把身體探進(jìn)粒子加速器會(huì)發(fā)生什么？這一情景像是漫威公司出品的一個(gè)不怎么討喜的漫畫開(kāi)頭，卻恰好反映了我們對(duì)輻射、人體脆弱性以及物質(zhì)本質(zhì)的直覺(jué)。粒子加速器幫助物理學(xué)家通過(guò)在強(qiáng)磁場(chǎng)中加速亞原子粒子并跟蹤其碰撞后產(chǎn)生的相互作用來(lái)進(jìn)行研究。通過(guò)探索宇宙的種種奧秘，對(duì)撞機(jī)已經(jīng)融入我們的時(shí)代精神，并觸發(fā)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(guò)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）創(chuàng)建微觀黑洞，從而幫助物理學(xué)家探尋額外維度。對(duì)許多人而言，這聽(tīng)起來(lái)像是一部災(zāi)難性的科幻影片。因此，當(dāng)兩名人士通過(guò)訴訟來(lái)阻止LHC繼續(xù)創(chuàng)建出強(qiáng)大到足以摧毀世界的黑洞時(shí)，也就不足為奇了。但物理學(xué)家認(rèn)為這種擔(dān)憂非?；闹?，而訴訟也被駁回。

到了2012年，LHC檢測(cè)到物理學(xué)家夢(mèng)寐以求的希格斯玻色子，這是解釋粒子如何獲取質(zhì)量所必需的一種粒子。隨著這一重大成就，LHC進(jìn)入了大眾文化，出現(xiàn)在了美國(guó)重金屬樂(lè)隊(duì)麥加帝斯的《超級(jí)對(duì)撞機(jī)》（2013）專輯封面上，并在美國(guó)電視連續(xù)劇《閃電》（2014）中成為劇情的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

然而粒子對(duì)撞機(jī)的成就與魅力無(wú)法掩蓋粒子物理學(xué)過(guò)于抽象的事實(shí)，很少有人能理解其內(nèi)涵、意義或用途。與美國(guó)航空航天局發(fā)送到火星的探測(cè)器不同，CERN的研究不能產(chǎn)生令人嘆為觀止的有形圖像。相反，粒子物理學(xué)研究用黑板上的方程式和被稱為費(fèi)曼圖的曲線表示才能達(dá)到最佳效果。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者阿格·玻爾的父親尼爾斯發(fā)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(rèn)了亞原子粒子的物理存在，僅僅將其看作數(shù)學(xué)模型。

這使我們?cè)俅位氐阶畛醯膯?wèn)題：以接近光速行進(jìn)的亞原子粒子束遇到人體時(shí)究竟會(huì)發(fā)生什么？也許因?yàn)榱Ｗ游锢韺W(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的概念已經(jīng)不復(fù)存在，不僅外行人缺乏回答這個(gè)問(wèn)題的直覺(jué)反應(yīng)，就連一些專業(yè)的物理學(xué)家也無(wú)法做出回答。在2010年YouTube對(duì)諾丁漢大學(xué)的物理學(xué)和天文學(xué)教師進(jìn)行的一次采訪中，一些學(xué)術(shù)專家承認(rèn)，他們幾乎不知道將手伸進(jìn)LHC的質(zhì)子束中會(huì)發(fā)生什么。邁克爾·梅里菲爾德教授的回答十分簡(jiǎn)單：“這是一個(gè)很好的問(wèn)題，但我的答案是‘我不知道。很可能是非常不好的結(jié)果?！眲趥愃埂ひ练蛩菇淌趯?duì)自己的結(jié)論也非常謹(jǐn)慎，這或許是他身為英國(guó)人的含蓄。他說(shuō)：“按照我們的能量標(biāo)尺進(jìn)行觀察，它也許不會(huì)那么明顯。那么我會(huì)把手放入質(zhì)子束嗎？對(duì)此我不能確定?！?/p>

這些思想實(shí)驗(yàn)可以作為有用工具來(lái)探索那些在實(shí)驗(yàn)室中無(wú)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(kāi)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。案例研究的樣本數(shù)量為1且無(wú)對(duì)照組。但是，正如神經(jīng)科學(xué)家V.S.拉瑪錢德朗在《大腦幻影》（1998）中指出的， 證明豬可以說(shuō)話只需要一只說(shuō)話的豬。例如，1848年9月13日，一根鐵桿穿過(guò)美國(guó)鐵路工人菲尼亞斯·蓋奇的頭部，從而深刻改變了他的個(gè)性，這為人格的生物學(xué)基礎(chǔ)提供了早期證據(jù)。

1978年7月13日，蘇聯(lián)科學(xué)家阿納托利·布戈?duì)査够鶎㈩^伸進(jìn)了粒子加速器中。那天，布戈?duì)査够跈z查U-70同步加速器上的故障設(shè)備，這是當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)最大的粒子加速器。當(dāng)一個(gè)安全機(jī)制出現(xiàn)故障時(shí)，一束質(zhì)子幾乎以光速穿過(guò)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(shí)刻，可能不會(huì)有其他人經(jīng)歷過(guò)如此高能量的聚焦輻射束。雖然質(zhì)子治療（一種使用質(zhì)子束來(lái)破壞腫瘤的癌癥治療方法）早在布戈?duì)査够鹿手耙呀?jīng)得到開(kāi)發(fā)，但其質(zhì)子束的能量通常不超過(guò)2.5億電子伏特。布戈?duì)査够庥龅氖?60億電子伏特的光束，比質(zhì)子治療使用的能量高出300多倍。

質(zhì)子輻射確實(shí)罕見(jiàn)而恐怖。來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)和宇宙射線的質(zhì)子被地球大氣阻擋，并且由于質(zhì)子輻射在放射性衰變中十分罕見(jiàn)，直到1970年才被觀察到。對(duì)于紫外光子和阿爾法粒子等更常見(jiàn)的威脅，除非人體攝入放射源，否則不會(huì)通過(guò)皮膚穿透身體。例如，俄羅斯人亞歷山大·利特維年科被無(wú)法穿透紙張的阿爾法粒子殺死，原因就在于他不知不覺(jué)中攝入了由刺客提供的放射性釙-210。受太空服保護(hù)的“阿波羅”號(hào)宇航員暴露在含有質(zhì)子或更奇特輻射形式的宇宙射線中時(shí)，他們聲稱看見(jiàn)了光的閃爍，這應(yīng)該是布戈?duì)査够庥鍪鹿实念A(yù)兆。根據(jù)1997年《有線雜志》的一次采訪記錄，布戈?duì)査够硎井?dāng)時(shí)看到一陣強(qiáng)烈的閃光，但沒(méi)有疼痛感。這位年輕的科學(xué)家被帶到莫斯科的一家診所，一半臉是腫的，醫(yī)生做了最壞的預(yù)期。

電離輻射粒子（如質(zhì)子）通過(guò)破壞DNA中的化學(xué)鍵而對(duì)身體造成破壞。這種對(duì)細(xì)胞遺傳編程的攻擊可以殺死細(xì)胞，阻止其分裂或誘導(dǎo)癌變?？焖俜至训募?xì)胞，例如骨髓中的干細(xì)胞受損最多。因?yàn)楣撬璁a(chǎn)生血細(xì)胞，所以許多輻射中毒病例都是由于白細(xì)胞和紅細(xì)胞大量損失而分別導(dǎo)致感染和貧血。但布戈?duì)査够那闆r獨(dú)特之處在于，輻射形成了一個(gè)狹窄的波束穿過(guò)其頭部，而并非

切爾諾貝利災(zāi)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(duì)布戈?duì)査够鶃?lái)說(shuō)，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(zhì)子束穿過(guò)的位置積聚了驚人的輻射能量，據(jù)估計(jì)超出致命量的幾百倍。

所幸，布戈?duì)査够匀辉谑馈Ｋc瘓的半張臉永遠(yuǎn)保持著年輕的模樣，一只耳朵據(jù)說(shuō)失去了聽(tīng)力。他至少患有六種全身強(qiáng)直陣攣性發(fā)作，通常稱為大癲癇發(fā)作。這是在電影和電視中最常見(jiàn)的癲癇發(fā)作，會(huì)導(dǎo)致抽搐和意識(shí)喪失。布戈?duì)査够陌d癇可能是由質(zhì)子束留下的腦組織瘢痕導(dǎo)致的，這也造成了小的癲癇或失神性癲癇發(fā)作——在意識(shí)暫時(shí)中斷期間會(huì)出現(xiàn)神志恍惚。沒(méi)有報(bào)道表明布戈?duì)査够辉\斷出癌癥，雖然這通常是暴露在輻射中的長(zhǎng)期后果。

盡管粒子加速器束穿過(guò)了布戈?duì)査够拇竽X，但他的智力仍保持完好，并在事故發(fā)生后成功獲得了博士學(xué)位。他是災(zāi)難幸存者。也就是說(shuō)，盡管粒子加速器的內(nèi)部令人生畏，但人類已經(jīng)在核時(shí)代幸存了下來(lái)。