Voici ce qui se passe lorsqu'un faisceau de particules subatomiques vous frappe au visage

Que se passerait-il si vous enfonciez votre corps dans un accélérateur de particules? Le scénario semble être le début d'une mauvaise bande dessinée Marvel, mais il éclaire nos intuitions sur les radiations, la vulnérabilité du corps humain et la nature même de la matière.

Les accélérateurs de particules permettent aux physiciens d'étudier les particules subatomiques en les accélérer dans des champs magnétiques puissants et ensuite tracer les interactions qui résultent des collisions. En plongeant dans les mystères de l'Univers, les collisionneurs sont entrés dans le Zeitgeist et ont exploité les merveilles et les peurs de notre époque.

Dès 2008, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), exploité par l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire ( CERN), a été chargé de créer trous noirs microscopiques qui permettraient aux physiciens de détecter des dimensions supplémentaires. Pour beaucoup, cela ressemble à l'intrigue d'un film de science-fiction désastreux.

Il n'est pas surprenant que deux personnes aient intenté une action en justice pour empêcher le LHC de fonctionner, de peur qu'il ne produise un trou noir suffisamment puissant pour détruire le monde. Mais les physiciens ont soutenu que l'idée était absurde et le procès a été rejeté.

Puis, en 2012, le LHC a détecté le boson de Higgs tant recherché, une particule nécessaire pour expliquer comment les particules acquièrent de la masse. Avec cette réalisation majeure, le LHC est entré dans la culture populaire; il a été présenté sur la couverture de l'album de Super Collider (2013) par le groupe de heavy metal Megadeth et a été un complot dans la série télévisée américaine The Flash (2014 -). [19659002] Pourtant, malgré ses réalisations et son glamour, le monde de la physique des particules est si abstrait que peu en comprennent les implications, la signification ou l'utilisation. Contrairement à une sonde de la NASA envoyée sur Mars, les recherches du CERN ne produisent pas d’images étonnantes et tangibles.

Au lieu de cela, l’étude de la physique des particules est mieux décrite par des équations de tableau et des lignes ondulées appelées diagrammes de Feynman. Aage Bohr, le lauréat du prix Nobel dont le père Niels a inventé le modèle de Bohr de l'atome, et son collègue Ole Ulfbeck sont même allés jusqu'à nier l'existence physique des particules subatomiques comme autre chose que des modèles mathématiques.

Ce qui nous ramène à notre question initiale: que se passe-t-il lorsqu'un faisceau de particules subatomiques voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière rencontre la chair du corps humain? Peut-être parce que les domaines de la physique et de la biologie des particules sont conceptuellement si éloignés, ce ne sont pas seulement les profanes qui manquent d'intuition pour répondre à cette question, mais aussi certains physiciens professionnels.

Dans une 2010 interview YouTube avec des membres de la faculté de physique et d'astronomie de l'Université de Nottingham, plusieurs experts universitaires ont admis qu'ils n'avaient aucune idée de ce qui se passerait si l'on plaçait une main à l'intérieur du faisceau de protons du LHC. Le professeur Michael Merrifield l’a brièvement dit: «C’est une bonne question . Je ne sais pas que est la réponse. Probablement très mauvais pour vous. »

Le professeur Laurence Eaves était également prudent lorsqu'il s'agissait de tirer des conclusions. «[B] y les échelles d’énergie que nous remarquons, ce ne serait pas si perceptible», a-t-il dit, probablement avec un peu d’euphémisme britannique. «Est-ce que je mettrais ma main dans la poutre? Je n’en suis pas sûr. »

De telles expériences de pensée peuvent être des outils utiles pour explorer des situations qui ne peuvent pas être étudiées en laboratoire. Parfois, cependant, des accidents malheureux donnent lieu à des études de cas: des opportunités pour les chercheurs d’étudier des scénarios qui ne peuvent être induits expérimentalement pour des raisons éthiques.

Mais, comme le neuroscientifique VS Ramachandran l'a souligné dans Phantoms in the Brain (1998), il suffit d'un seul cochon qui parle pour prouver que les porcs peuvent parler. Le 13 septembre 1848, par exemple, une tige de fer a percé la tête du cheminot américain Phineas Gage et a profondément changé sa personnalité, offrant les premières preuves d'une base biologique pour la personnalité.

Et le 13 juillet 1978, un scientifique soviétique nommé Anatoli Bugorski s'est enfoncé la tête dans un accélérateur de particules. En ce jour fatidique, Bugorski vérifiait l'équipement défectueux du synchrotron U-70 – le plus grand accélérateur de particules de l'Union soviétique – lorsqu'un mécanisme de sécurité a échoué et qu'un faisceau de protons voyageant à presque la vitesse de la lumière a traversé sa tête, Phineas Style Gage.

Il est possible qu'à ce moment-là de l'histoire, aucun autre être humain n'ait jamais expérimenté un faisceau de rayonnement focalisé à une énergie aussi élevée. Bien que la protonthérapie – un traitement du cancer qui utilise des faisceaux de protons pour détruire les tumeurs – ait été lancée avant l'accident de Bugorski, l'énergie de ces faisceaux n'est généralement pas supérieure à 250 millions d'électrons volts (une unité d'énergie utilisée pour les petites particules). Bugorski aurait pu subir la colère totale d'un faisceau avec plus de 300 fois plus d'énergie, 76 milliards électron-volts.

Le rayonnement protonique est en effet une bête rare. Les protons du vent solaire et des rayons cosmiques sont arrêtés par l'atmosphère terrestre, et le rayonnement protonique est si rare dans la désintégration radioactive qu'il n'a été observé qu'en 1970. Des menaces plus familières, telles que les photons ultraviolets et les particules alpha, ne pénètrent pas dans le corps au-delà de la peau à moins qu'une source radioactive ne soit ingérée.

Le dissident russe Alexander Litvinenko, par exemple, a été tué par des particules alpha qui ne pénètrent pas autant que le papier lorsqu'il a ingéré sans le savoir du polonium-210 radioactif délivré par un assassin. Mais lorsque les astronautes d'Apollo protégés par des combinaisons spatiales ont été exposés à des rayons cosmiques contenant des protons et des formes de rayonnement encore plus exotiques, ils ont signalé des éclairs de lumière visuelle, un signe avant-coureur de ce qui accueillerait Bugorski le jour fatidique de son accident.

Selon une interview dans le magazine Wired en 1997, Bugorski a immédiatement vu un flash intense de lumière mais n'a ressenti aucune douleur. Le jeune scientifique a été emmené dans une clinique de Moscou avec la moitié de son visage enflé, et les médecins s'attendaient au pire.

Les particules de rayonnement ionisant telles que les protons font des ravages sur le corps en brisant les liaisons chimiques dans l'ADN. Cet assaut sur la programmation génétique d’une cellule peut tuer la cellule, l’empêcher de se diviser ou provoquer une mutation cancéreuse. Les cellules qui se divisent rapidement, comme les cellules souches de la moelle osseuse, souffrent le plus. Parce que les cellules sanguines sont produites dans la moelle osseuse, par exemple, de nombreux cas d'intoxication radiologique entraînent respectivement une infection et une anémie dues à des pertes de globules blancs et de globules rouges.

Mais unique au cas de Bugorski, le rayonnement était concentré le long d'un étroit faisceau à travers la tête, plutôt que d'être largement distribué à partir des retombées nucléaires, comme ce fut le cas pour de nombreuses victimes de la catastrophe de Tchernobyl ou du bombardement d'Hiroshima.

Pour Bugorski, les tissus particulièrement vulnérables, comme la moelle osseuse et la voie gastro-intestinale, aurait pu être largement épargné. Mais là où le faisceau a traversé la tête de Bugorski, il a déposé une quantité obscène d’énergie de rayonnement, des centaines de fois supérieure à une dose mortelle selon certaines estimations.

Et pourtant, Bugorski est toujours en vie aujourd'hui. La moitié de son visage est paralysé, donnant à un hémisphère de sa tête une apparence étrangement jeune. Il serait sourd d'une oreille. Il a subi au moins six crises généralisées tonico-cloniques. Communément appelées crises d'épilepsie grand mal ce sont les crises les plus fréquemment représentées au cinéma et à la télévision, impliquant des convulsions et une perte de conscience.

L'épilepsie de Bugorski est probablement le résultat de la cicatrisation des tissus cérébraux laissée par le proton. faisceau. Cela lui a également laissé des crises de petit mal ou d'absence, des sorts de regard beaucoup moins dramatiques au cours desquels la conscience est brièvement interrompue. Il n'y a aucun rapport que Bugorski ait jamais été diagnostiqué avec un cancer, bien que ce soit souvent une conséquence à long terme de l'exposition aux radiations.

Bien que rien de moins qu'un faisceau d'accélérateur de particules ne traverse son cerveau, l'intellect de Bugorski est resté intact, et il a terminé avec succès son doctorat après l'accident. Bugorski a survécu à son accident. Et aussi effrayant et impressionnant que puisse être l'intérieur d'un accélérateur de particules, l'humanité a jusqu'à présent survécu à l'ère nucléaire.

Cet article de Joel Frohlich a été initialement publié à Aeon et a été republié sous Creative Commons.