¿Qué sucede si un protón golpea a un humano a la velocidad de la luz?

Lea este artículo si lo desea si un rayo de protones energéticos lo golpeara:

No sé sobre usted, pero desde que comencé a cubrir el Gran Colisionador de Hadrones y otros aceleradores de partículas a gran escala para ExtremeTech, siempre me he preguntado morbosamente: ¿Qué pasaría si un rayo de partículas principal golpeara accidentalmente a un científico? ¿Explotaría el científico al estilo de las armas de rayos en Star Trek? ¿El rayo perforaría un agujero a través del cofre del científico? ¿O tal vez el rayo no haría nada y atravesaría al científico inofensivamente? Bueno, afortunadamente (¿desafortunadamente?) No tenemos que adivinar, ya que este escenario exacto realmente le sucedió a Anatoli Bugorski, un científico ruso, en 1978.

En la década de 1970, Anatoli Bugorski era investigador en el Instituto de Física de Alta Energía de la Unión Soviética. El Instituto albergaba el U-70, un sincrotrón que cuando se construyó era el acelerador de partículas más poderoso del mundo (sigue siendo el acelerador más poderoso en Rusia hoy). El U-70 rompe dos haces de protones juntos a una energía combinada de alrededor de 76 GeV, a una velocidad que se acerca mucho a la velocidad de la luz.

El 13 de julio de 1978, Bugorski estaba revisando un mal funcionamiento en el U-70 … y luego de alguna manera su cabeza terminó en el camino del haz de protones principal. El rayo entró en su cráneo en la parte posterior izquierda y salió cerca del lado izquierdo de su nariz. Las fuentes parecen estar en desacuerdo sobre la cantidad de radiación ionizante que Bugorski realmente recibió en la cabeza, pero algunos dicen que fue tan alto como 2,000-3,000 grises (200,000-300,000 rads). En cualquier caso, el haz habría sido más que lo suficientemente fuerte como para quemar un agujero a través del hueso, la piel y el tejido cerebral.

En ese momento, Bugorski informó haber visto un destello que era “más brillante que mil soles”, pero que por lo demás no sentía ningún dolor. Durante los días siguientes, el lado izquierdo de su cabeza se hinchó “más allá del reconocimiento”, y luego su piel comenzó a desprenderse. Bugorski fue trasladado a Moscú, donde los médicos observaron con avidez su fallecimiento esperado, pero, curiosamente, sobrevivió. El lado izquierdo de su cara está paralizado (debido al daño en los nervios), su oído izquierdo recibe un disparo (todo lo que puede escuchar es un “ruido interno desagradable”) y ocasionalmente sufre convulsiones, pero Bugorski quedó relativamente ileso por el accidente. . Luego completó su doctorado, y todavía está vivo hoy.

Dentro del edificio sincrotrón ruso U-70, en 2006 [Crédito de la imagen: Mikhail Orlov]

Sincrotrón U-70, diagrama

Anatoli Bugorski hoy. Puedes ver que el lado izquierdo de su cara se inclina un poco por la parálisis, y que no tiene arrugas porque no ha podido moverlo durante 26 años, de hecho, de manera similar a cómo funciona Botox.

Ligeramente anticlimático, ¿eh? Bueno, si te sirve de consuelo, Bugorski probablemente tuvo una suerte increíble de que el rayo de protones (aparentemente) se haya perdido alguna parte vital de su cerebro. Si hubiera golpeado el hipocampo, la corteza motora o el lóbulo frontal, esta historia no habría tenido un final muy feliz. Del mismo modo, probablemente sea una suerte que el rayo golpee su cerebro, que tiene la notable capacidad de reconectarse a sí mismo cuando ocurren tales desastres, en lugar de algún otro órgano vital. Si el rayo le hubiera atravesado el corazón o una arteria en el cuello, probablemente habría muerto al instante.

También es importante tener en cuenta que el haz de un acelerador de partículas es muy estrecho (cuanto más enfocado está el haz, mayor es la posibilidad de colisiones con protones en el otro haz). Como puede ver en la foto en blanco y negro de arriba, solo falta un pequeño parche de cabello en el cuero cabelludo de Bugorski, lo que sugiere que el haz solo frió un canal bastante estrecho de tejido cerebral. De la misma manera que podría pasar una aguja hipodérmica muy delgada a través de alguien sin causar demasiado daño, un rayo de partículas probablemente no va a tallar un cilindro cómicamente grande en el pecho de la víctima.

Tabla de dosis de radiación de XKCD. Haga clic para acercar. Un sievert (Sv) es una medida de radiación absorbida; Los grises (Gy) son una cantidad física de radiación. Bugorski fue golpeado por una gran cantidad de grises, pero aparentemente no absorbió gran parte de él.

Una dosis de entre 2,000 y 3,000 grises, si fue efectivamente absorbida por el cuerpo humano (es decir, sieverts), generalmente sería más que suficiente para causar la enfermedad por radiación aguda y la muerte. En este caso, sin embargo, el rayo estaba tan enfocado que simplemente pasó directamente a través de su cuerpo; Si hubiera estado más disperso, y hubiera frotado un puñado más amplio de células, Bugorski ciertamente habría muerto.

El detector CMS del LHC. Si se encendiera la viga principal, ¿el ingeniero con casco se volaría en pedazos?

Finalmente, sin embargo, vale la pena señalar que el U-70 ruso es un acelerador de partículas muy débil para los estándares actuales. Cuando el Gran Colisionador de Hadrones vuelva a estar en línea en 2015, tendrá una energía de colisión protón-protón de alrededor de 14 TeV, o alrededor de 200 veces más potencia que los 67 GeV del U-70. Sin embargo, a pesar de su alta energía, todavía estamos hablando de un haz de protones de unos pocos milímetros de ancho, y, por supuesto, hay todo tipo de medidas de seguridad que evitarían que un científico del CERN sea golpeado por el haz principal del LHC. Si esos mecanismos de seguridad fallaron, y los imanes superconductores que mantienen el rayo enfocado y en el blanco estaban en el fritz, entonces quizás terminarías con un rayo de protones que se movía lo suficiente como para cortar en pedazos a un científico. Sin embargo, es una posibilidad remota.

bien podemos morir, ¿cómo?

El protón es la partícula elemental, entonces cuando se moverá con la velocidad de la luz

por la ecuación de masa del objeto en movimiento = masa en reposo de protón / [matemática] (1-v [/ matemática] [matemática] ^ 2 / c ^ 2) ^ {1/2} [/ matemática]

tenemos c = velocidad de la luz.

Como el protón se mueve con la velocidad de la luz, ponemos v = c

obtenemos una masa móvil de protones = m / [matemáticas] (1–1) ^ {1/2} [/ matemáticas]

en última instancia, la masa en movimiento será infinita y el impulso será infinito, por lo que puede destruirnos.

Pero no sé qué pasará si realmente sucede.

El protón tiene una masa de 1.67 × 10 ^ -27 kg.

Cuando se mueve a la velocidad de la luz, su impulso será igual a 5 × 10 ^ -19 kg m / s.

El impulso es muy pequeño y un humano ni siquiera sentiría el impacto.

Entonces la respuesta es que no pasa nada.

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