Algunas especulaciones:
http://www.youtube.com/watch?v=_NMqPT6oKJ8
¿Existe la posibilidad de que pase "desapercibida" por tu mano, o es una muerte segura?
¿Puede concluir que es vital, o sólo perder la mano?
¿Haría simplemente un pequeño agujero cilíndrico a través de la mano, o hay algún tipo de efecto de explosión?
Supongamos que tu mano tiene una sección transversal de 50 cm², y un grosor de 2 cm, ¿qué cantidad de la energía del rayo se transferiría a tu mano?
Bueno, está la increíble historia de un tipo que realmente puso su cabeza en un haz de protones, el científico ruso Anatoli Petrovich Bugorski . Esto ocurrió en el sincrotrón U-70, cerca de Moscú, en el Instituto de Física de Altas Energías.
Pero el caso es que en realidad no sintió ningún dolor. Sí sufrió ataques epilépticos y daños en la piel y el cerebro. Citando de:
Bugorski estaba inclinado sobre el equipo cuando metió la cabeza en la parte por la que pasaba el haz de protones. Al parecer, vio un destello "más brillante que mil soles", pero no sintió ningún dolor. El haz medía unos 2000 grises cuando entró en el cráneo de Bugorski, y unos 3000 grises cuando salió tras chocar con el interior de su cabeza.
Para que quede claro, un gris es la unidad de energía absorbida, y 1 gris equivale a 1 julio/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 te expones a >5 Gy suele ser letal. Pero eso se aplica a la radiación habitual, la radiación gamma. El efecto de un haz de protones es menos conocido.
Los protones del haz pueden acelerarse hasta ~70 GeV, lo que equivale a 1/2000 del alcance del LHC. También está la luminosidad del haz, que es una medida del número 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). Así que la estimación más ingenua sería un aumento de 10^3 - 10^5 de la dosis de radiación -- pero eso es más bien un límite superior.
No te destrozará la mano ni te la volará. Pero los efectos de la radiación son bastante graves, y usted se acabar con una mano mutante.
Un haz mal dirigido en el CEBAF simplemente hizo 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 caídos más de una semana.
Se trata de una máquina de haz de electrones, y la corriente muy alta (hasta $400\,\mathrm{\mu A}$ ), por lo que los detalles serían bastante diferentes a los del haz del LHC.
Asimismo, alrededor de $60\,\mathrm{\mu A}$ de $5.5 \,\mathrm{GeV}$ de esa máquina fundieron parcialmente uno de mis objetivos de hierro (lo suficientemente grueso como para que alrededor del 6% del haz interactuara con el objetivo) a pesar de una trama que extendía el haz sobre aproximadamente $2\,\mathrm{mm}^2$ porque no teníamos suficiente contacto térmico con el armazón refrigerado por agua de la escalera objetivo.
Los haces de alta energía y corriente pueden transportar mucha potencia.
Volviendo a la pregunta planteada:
Trata tu mano como si fuera agua. El folleto de datos de partículas pone la pérdida de energía por protón en alrededor de $2.5\,\mathrm{MeV/g/cm}^2$ o algo como $4$ - $8\,\mathrm{MeV}$ a través de tu mano, dependiendo de lo gordito que estés. (Estamos sólo unos pocos órdenes de magnitud por encima de la energía mínima de ionización, así que esto no es muy sensible a la energía real del haz).
Phillip dice $1.2 \times 10^{11}$ protones por haz en el anillo, unos 11.000 pases por segundo ( $3.0 \times 10^8\,\mathrm{m/s} / 27\,\mathrm{km}$ ), por lo que $1.3 \times 10^{15}$ protones por segundo es $8 \times 10^{15}\,\mathrm{MeV/s} = 1300\,\mathrm{J/s}$ es una buena cantidad de calor, y da lugar a un calentamiento de alrededor del $300\,\text{K/s/(cubic cm exposed)}$ . Para terminar aquí tendremos que saber algo sobre el diámetro de la viga.
Su tiempo reflejo para mover la mano es del orden de $0.1$ - $0.2$ segundos.
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 que todos conocemos.
Cada manojo de protones que circule por el LHC a plena potencia tendrá unos 120.000 millones de protones de 14TeV cada uno, es decir. $1.6 \times 10^{24}$ eV, lo que equivale a unos 250000 julios. Compárese con una bala de rifle de alta potencia que transporta 1000 julios o una pequeña granada 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 el 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 sólo 1/1000 del total en el haz, por lo que podría ser como ser golpeado con una pequeña bala.
Creo que seguirá siendo suficiente para hacer mucho daño. También será en forma de radiación de alta energía que se extenderá desde el punto de impacto. Es difícil saber con certeza cuánta energía se convertirá en diferentes formas, como calor y explosión, y en qué direcciones, pero sea como sea creo que habrá muchos daños iniciales y los efectos posteriores de la radiación también tendrán el potencial de ser mortales.
Una última edición: quizás valga la pena mencionar que pueden circular hasta 2800 de estos racimos a la vez, por lo que podría ser más como ser alcanzado por 2800 pequeñas balas en una fracción de segundo.
Edición: la pregunta se ha cambiado de 14TeV a 7TeV para corregir la energía del haz del LHC, así que utilice la mitad de las cifras anteriores.
Lo que dijo Gibbs (+1), excepto que como el haz es altamente relativista, la probabilidad de que la radiación se envíe en direcciones distintas a la línea del haz es muy baja. Esto se puede ver observando el problema en el marco de referencia del centro de masa para una colisión típica. Como la relatividad especial aumenta la masa de los protones en el haz, el centro de masa de los productos de la colisión seguirá moviéndose casi a la velocidad de la luz.
Básicamente, te hará un doloroso agujero en la mano, de menos de 1 mm de diámetro, dependiendo de cómo esté enfocado. El vertedero de haces del LHC tiene un haz de 0,3 mm de diámetro. Para conocer los efectos de los haces de protones de menor energía, véase http://www.aapm.org/meetings/09PRS/documents/Flanz_AAPM_Final.pdf
Por cierto, la razón por la que esos físicos del youtube no tenían respuestas realistas es porque pensaban sobre la marcha. Creo que era una pregunta emboscada.
En los años setenta, algunos investigadores colocaron semillas en la trayectoria de un rayo para ver qué ocurría. Las plantas que crecieron a partir de las semillas se deformaron. Habría que buscar los detalles.
Si usted pusiera su mano en el haz del LHC una pregunta es qué le dolería más; el daño debido a la partícula de alta energía que choca contra los núcleos en su mano, o la marca de zapato de alta velocidad que usted conseguiría en su trasero. Una cantidad razonable de la energía del haz se depositaría en su mano, donde el daño primario sería de los núcleos volados en pedazos por los protones y la radiación secundaria de eso. Tendrías daños por radiación. Sin embargo, sospecho que sería comparable a recibir una dosis de radiación de una fuente de sincrotrón. La mayoría de las células dañadas morirían, las que sufrieran daños leves podrían sufrir cambios en el genoma que darían lugar a células transformadas, e incluso a un crecimiento celular descontrolado. El crecimiento celular descontrolado en líneas celulares somáticas es lo que llamamos cáncer.
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