我们今天聊一下：什么样的电离辐射是有害的、强子对撞机怎样加速粒子、早期物理学家是如何通过肉眼观察粒子束的？以及历史上被高能粒子束爆头的前苏联科学家阿纳托利·布戈尔斯基是怎么回事？

什么样的电离辐射是有害的

常识告诉我们，高能电离辐射对人体会造成不可逆的伤害。幸运的是，大部分来自宇宙的高能电离辐射被我们的地球磁场和大气层所阻挡，而我们在地球上所接触到的大部分辐射能量都很低，无法电离任何类型的原子或分子。所以我们大可不必担心手机、电脑这类的电磁辐射！有网友层问过：自己妻子怀孕了，要不要把家里无线网络停了，害怕辐射！如果真是这样，那都不敢出门了，因为可见光都比无线电波的能量高。我们看下图：

“电离”一词，意味着从中性原子或分子上敲去一个电子。而可见光(或低能量的辐射)通常能量不足，没这个本事，但紫外线、x射线或γ射线这类辐射通常能量较高可以做到。它们能分解化学键，在分子水平上破坏细胞和细胞器的功能。能量越高，辐射越强，键能断裂的就越多。

不用说，我们都能理解这会严重损害活体组织。尽管电离辐射有很多负面影响，但有时候可控的利用电离辐射可以为我们治疗癌症。

靶向辐射（放疗）——针对癌细胞之所以有用，正是因为它能更快、更有效地摧毁癌细胞。但这可能会影响到我们的正常细胞。所以太多太强的电离辐射会对人的身体造成很大的伤害。

强子对撞机

在地球上，高能粒子最密集的地方来自世界上最强大的粒子加速器:我们众所周知的欧洲大型强子对撞机(LHC)。

它们所加速的质子已经达到了每秒299,792,447米的最高速度，仅比光速慢11米/秒!在大型强子对撞机进行能量升级之后，加速的质子将离光速更近:达到299,792,455米/秒，或者达到99.9999991%的光速。

大型强子对撞机利用电场变换加速带电粒子，利用磁场控制带电粒子运动。使带电粒子越来越接近那个物理学上不可打破的屏障:光速:299,792,458米/秒。下图为加速器工作原理。

虽然加速器可以让质子无限逼近光速，但是我们绝对没有办法让质子，或者任何有质量的粒子，以超过光速的速度运动;这是狭义相对论所禁止的。实验上，我们可以通过粒子加速器的电磁调整，来判断质子是否比真空中的光速还要快。即使这些粒子以超高的速度运动，但我们并不能简单地通过观察来判断这些高能质子束是否在运行。

即使我们走到质子束面前，面对它，我们也无法感知它的存在!就像我们在医院做检查，无法看到X光一样。假如我们被高能质子束穿透时，我们的神经系统或感觉器官没有任何能力能对它做出反应，所以我们无法感知它的存在。

早期物理学家观测粒子束的土办法

如果我们想仅仅通过自己的感知来判断对撞机内高能粒子束是开还是关，有一种简单的方法，一种在早期粒子物理学相当普遍的方法。目前这种方法早已被禁止使用！

如果我们睁开眼睛，无论怎么做都不会看到粒子束。但是如果闭上眼睛，如果存在粒子束我们就会看到眼睑内部在闪光!

光速在真空中的速度为299,792,458米每秒。但是，如果让光通过一种介质，或者由原子而不是真空构成的物体，光速就会减慢。例如，在空气中，光速为299,790,000米/秒，但是在水里光速将下降到真空中速度的75%左右!

当你把铅笔的一部分放入水中时，我们看到“光的弯曲效应”，这是因为光线在空气中和水中传播的路径不同造成的折射效应，这就导致了水中的光速会变慢。

在介质中，任何波长的光都会瞬间减速，而任何有质量的粒子则不会。所以如果粒子以真空中光速的80% 90%或99.9999%的速度运动，然后突然转变成水，你会发现粒子在这种新介质中运动的速度比光速还快!如果真的这样，就会发生一种神奇的现象。

当一个带电粒子的运动速度比真空中的光速慢时，它进入一个运动速度比光速快的介质，当它经过时，它会使周围的分子极化。激发分子很快回落到基态，释放出一种非常特殊的辐射，称为切连科夫辐射，在上面所示的核反应堆中表现为典型的蓝色辉光。切连科夫辐射（Cherenkov radiation）是介质中运动的物体速度超过该介质中光速时发出的一种以短波长为主的电磁辐射，其特征是蓝色辉光。

极化分子需要消耗能量，而能量来自于介质中比光速还快的初始粒子，粒子的能量损失(和速度)与之成正比。它将继续以这种方式失去能量,直到低于媒介中的光速,同时一直发射切连科夫辐射。因为切连科夫辐射垂直于入射粒子，但入射粒子在其初始方向有一些动量，所以切连科夫辐射的形状是一个狭窄的圆锥体。

因此，如果你的紧闭着眼睛，高速粒子将穿过眼睑，当这些粒子撞击眼睛中的液体时，它们会导致切连科夫辐射，其中包括可见光。换句话说，如果加速器是开着的，闭上眼睛就能看到光点！

现在看来这种做法有点太过于儿戏。但是在最初的时期，粒子束的能量并不高。后来，当粒子以惊人的速度运动时，物理学家往往因缺乏安全性而死于癌症，现在早已不再允许以这种方式观察粒子加速器是否在运行。这在大约70年前就不再是一种常见的方法，因为随着光束能量的增加，辐射对活体组织造成的损伤也在增加。

被高能粒子束爆头的物理学家是怎么回事

但是在1978年，苏联最强大的粒子加速器达到70 GeV的能量时，发生了一次被高速粒子爆头的事故。

阿纳托利·布戈尔斯基(Anatoli Bugorski)正在检查发生故障的设备时，被突然打开的粒子加速器爆头，高速粒子从他鼻子的左侧、整个头骨和头骨的左侧后方穿过。据他后来回忆，他说，他看到一束“比1000个太阳还要亮”的光，但当时没有感到任何疼痛。

几天后，他的左脸肿胀，皮肤开始脱落；留下了永久性的神经损伤，现在有复杂的癫痫发作。但值得注意的是，尽管他接受了被认为致命剂量的辐射，但他却活到了今天。他的左脸不仅完全瘫痪，而且似乎已经停止衰老。正如下图片看到的，他的左脸看起来比右脸年轻，现代医学并不确定其中的原因！

他目前仍然是一名实验物理学家，自事故发生以来，他的心智能力不知何故并没有减弱。