¿Qué pasaría si pones tu mano frente al haz de 7 TeV en el LHC?

Bueno, está la increíble historia de un tipo que puso su cabeza en un haz de protones, el científico ruso Anatoli Petrovich Bugorski . Esto sucedió en el sincrotrón U-70, cerca de Moscú en el Instituto de Física de Altas Energías.

Pero la cosa es que, en realidad, no sintió ningún dolor. Sufrió ataques epilépticos y daños en la piel y el cerebro. Citando de:

Qué pasaría...?

Bugorski estaba inclinado sobre el equipo cuando asomó la cabeza por la parte por donde pasaba el haz de protones. Según se informa, vio un destello "más brillante que mil soles", pero no sintió ningún dolor. El rayo midió alrededor de 2000 grises cuando entró en el cráneo de Bugorski y alrededor de 3000 grises cuando salió después de chocar con el interior de su cabeza.

Para ser claros, un gray es la unidad de energía absorbida, y 1 gray equivale a 1 Joule/kg. A modo de comparación, las tomografías computarizadas funcionan en el rango de ~50 mGy y la radioterapia en el rango de ~50 Gy. Lo extraño es que si estás expuesto a >5 Gy, por lo general es letal. Pero eso se aplica a la radiación habitual, la radiación gamma. El efecto de un haz de protones es menos conocido.

Los protones en el haz pueden acelerarse hasta ~70 GeV, que es 1/2000 del rango del LHC. También está la luminosidad del haz, que es una medida de la cantidad de partículas que vuelan a través de una unidad de área por unidad de tiempo. El LHC puede alcanzar 10^34 1/(cm^2 s^2) y el U-70 unos 10^32 1/(cm^2 s^2). Entonces, la estimación más ingenua sería un aumento de 10 ^ 3 - 10 ^ 5 de la dosis de radiación, pero eso es más como un límite superior.

No destruirá tu mano ni la volará. Pero los efectos de la radiación son bastante severos y terminarás con una mano mutante.

Un rayo mal dirigido en CEBAF simplemente abrió un agujero en la pared de niobio de la cavidad e inundó la mitad del acelerador con helio (las cavidades superconductoras necesitan una cubierta de helio líquido para funcionar...).

Estuvimos abajo por más de una semana.

Esa es una máquina de haz de electrones, y muy alta corriente (hasta$400\,\mathrm{\mu A}$!), por lo que los detalles serían bastante diferentes a los del haz del LHC.

Así mismo, sobre$60\,\mathrm{\mu A}$de$5.5 \,\mathrm{GeV}$Los rayos de esa máquina derritieron parcialmente uno de mis objetivos de hierro (lo suficientemente grueso como para que aproximadamente el 6% del rayo interactuara con el objetivo) a pesar de que una trama extendía el rayo aproximadamente$2\,\mathrm{mm}^2$, porque no teníamos un contacto térmico lo suficientemente bueno con el marco enfriado por agua de la escalera objetivo.

Los rayos de alta energía y alta corriente pueden transportar mucha potencia.

Volviendo a la pregunta como se hizo:

Trata tu mano como agua. El folleto de datos de partículas sitúa la pérdida de energía por protón en torno a$2.5\,\mathrm{MeV/g/cm}^2$o algo asi$4$–$8\,\mathrm{MeV}$a través de tu mano, dependiendo de lo gordito que seas. (Solo estamos unos pocos órdenes de magnitud por encima de la energía de ionización mínima, por lo que esto no es muy sensible a la energía del haz real).

Felipe dice $1.2 \times 10^{11}$protones por haz en el anillo, unos 11.000 pases por segundo ($3.0 \times 10^8\,\mathrm{m/s} / 27\,\mathrm{km}$), asi que$1.3 \times 10^{15}$protones por segundo es$8 \times 10^{15}\,\mathrm{MeV/s} = 1300\,\mathrm{J/s}$es un poco de calor, y da como resultado un calentamiento de aproximadamente$300\,\text{K/s/(cubic cm exposed)}$. Para terminar aquí tendremos que saber algo sobre el diámetro del haz.

Su tiempo reflejo para mover la mano es del orden de$0.1$–$0.2$segundos.

Te va a doler: te quemarás gravemente y el daño se extenderá por toda la profundidad de la carne expuesta, en lugar de limitarse a la superficie como ocurre con las quemaduras por contacto con las que todos estamos familiarizados.

Cada grupo de protones que circule por el LHC a plena potencia tendrá unos 120 000 millones de protones de 14 TeV cada uno, es decir$1.6 \times 10^{24}$eV que es alrededor de 250000 julios. Compare eso con una bala de rifle de alta potencia que lleva 1000 julios o una granada pequeña que libera 600000 julios.

Pero, ¿cuánta de esa energía se liberará en tu mano? Se dice que los protones del LHC pueden penetrar 10 m en cobre, por lo que muchos atravesarán 2 cm de carne sin perder mucha energía. Esto significa que la energía destructiva liberada en la mano podría ser solo 1/1000 del total en el haz, por lo que podría ser como si te golpearan con una bala pequeña.

Creo que todavía será suficiente para hacer mucho daño. También estará en forma de radiación de alta energía que se extenderá desde el punto de impacto. Es difícil estar seguro de cuánta energía se convertirá en diferentes formas, como calor y explosión, y en qué direcciones, pero sea como sea, creo que habrá mucho daño inicial y los efectos posteriores de la radiación también tendrán el potencial de ser fatal

Una última edición: podría valer la pena mencionar que pueden circular hasta 2800 de estos grupos a la vez, por lo que podría ser más como ser alcanzado por 2800 balas pequeñas en una fracción de segundo.

Editar: la pregunta se cambió de 14 TeV a 7 TeV para obtener la energía correcta del haz del LHC, así que use la mitad de los números anteriores

Lo que dijo Gibbs (+1), excepto que debido a que el haz es altamente relativista, la probabilidad de que la radiación se envíe en direcciones distintas a la línea del haz es muy baja. Puede ver esto mirando el problema en el marco de referencia del centro de masa para una colisión típica. Debido a que la relatividad especial aumenta la masa de los protones en el haz, el centro de masa de los productos de colisión seguirá moviéndose casi a la velocidad de la luz.

Básicamente, perforará un agujero doloroso en la mano, de menos de 1 mm de diámetro, dependiendo de cómo esté enfocado. El volcado de haz LHC toma un haz de 0,3 mm de diámetro. Para conocer los efectos de los haces de protones de menor energía, consulte http://www.aapm.org/meetings/09PRS/documents/Flanz_AAPM_Final.pdf

Por cierto, la razón por la que esos físicos en YouTube no tenían respuestas realistas es porque estaban pensando en sus pies. Creo que esta fue una pregunta de emboscada.

En la década de 1970 hubo algunos investigadores que pusieron semillas en un haz de luz para ver qué pasaba. Las plantas que crecieron de las semillas se deformaron. Uno tendría que buscar esto para obtener los detalles.

Si pones tu mano en el haz del LHC, una pregunta es qué dolería más; el daño debido a las partículas de alta energía que golpean los núcleos de tu mano, o la marca del zapato de alta velocidad que obtendrías en tu trasero. Una cantidad razonable de la energía del rayo se depositaría en su mano, donde el daño principal sería de los núcleos que se desintegraron en pedazos de los protones y la radiación secundaria de eso. Tendrías daño por radiación. Sin embargo, sospecho que sería comparable a obtener una radiación de una fuente de sincrotrón. La mayoría de las células dañadas morirían, las que están levemente dañadas podrían tener cambios en el genoma que podrían conducir a células transformadas, tal vez incluso a un crecimiento celular desbocado. El crecimiento descontrolado de células en líneas de células somáticas es lo que llamamos cáncer.

En 2003, hubo un accidente en el Tevatron similar al que aquí se pregunta. Una de las ollas romanas de la CDF se hundió inadvertidamente en la viga. De hecho, solo tocó el halo porque, supongo, todo se apagó automáticamente después de eso. Recuerdo haber visto algunas fotos en ese entonces ... es posible que desee buscarlo en Google.

Se parecerá mucho a haber colocado un brazo en un rayo láser. Una vez di sangre para análisis y el médico usó un penetrador láser para obtener la sangre en lugar de una aguja. Fue rápido y sin ningún dolor, las células de la piel se evaporaron en un momento.