¿Puede el cerebro detectar el paso de un neutrino?

Question

En algunas ocasiones, ya sea en la cama o sentada alrededor del fuego, con los ojos cerrados, rara vez pero a veces veo un rápido flash de color blanco y luego, con los ojos todavía cerrados, el flash desaparece de inmediato. Sucede tan rápido que me siento y me pregunto si fue real. Pero sé que es real porque me ha pasado muchas veces en mi vida. También he preguntado a otras personas si les pasa a ellos y 4/5 respondieron diciendo que ya habían experimentado el flash antes.

¿Es posible que un neutrino pase por el cerebro y en respuesta produzca el destello blanco? Después de todo el cerebro está hecho de 73% de agua y los detectores de neutrinos son predominantemente de agua.

Intenté presentar esta pregunta en biology.stackexchange y me dijeron que preguntas como estas pertenecían al sitio physics.stackexchange.

Answer 1

La sección transversal de las interacciones de los neutrinos depende de la energía.

Para los neutrinos solares en $\sim 0.4$ MeV, que probablemente dominaría cualquier neutrino que pudiera interactuar (los neutrinos cósmicos de fondo tienen energías muy bajas), las secciones transversales son $\sigma \sim 10^{-48}$ m $^2$ , tanto para los procesos leptónicos (dispersión elástica de los electrones) como para las interacciones neutrino-nucleónicas.

La trayectoria libre media de un neutrino vendrá dada por $l \sim (n\sigma)^{-1}$ , donde $n$ es el número de partículas objetivo que interactúan por metro cúbico y $\sigma$ es la sección transversal.

Si tu cabeza es básicamente agua con una densidad de 1000 kg/m $^3$ entonces hay $n_e = 3.3\times10^{29}\ m^{-3}$ de electrones y alrededor de $6 \times 10^{29} m^{-3}$ de los núcleos.

Incluyendo los procesos nucleónicos y leptónicos, el camino libre medio es $\sim 10^{18}\ m$ .

Así que, a menos que su cabeza tenga 100 años luz de ancho, hay pocas posibilidades de que algún neutrino individual interactúe con ella.

Sin embargo, esto es sólo una parte del cálculo: necesitamos saber cuántos neutrinos pasan por su cabeza por segundo. El flujo de neutrinos del Sol es de aproximadamente $7\times 10^{14}$ m $^{-2}$ s $^{-1}$ . Si su cabeza tiene una superficie de unos 400 cm $^2$ entonces hay $3\times 10^{13}$ neutrinos pasando por tu cerebro cada segundo.

Así es que tomamos $x=20$ cm como la longitud del camino a través de su cabeza, hay una posibilidad $\sim x/l$ de cualquier neutrino que interactúe, donde $l$ era el recorrido libre medio calculado anteriormente.

Esta probabilidad multiplicada por el flujo de neutrinos a través de su cabeza indica que hay $6\times 10^{-6}$ s $^{-1}$ interacciones de neutrinos en tu cabeza, o aproximadamente una cada dos días.

Si eso produciría algún efecto perceptible en su cerebro debe ser derivado de nuevo a la Biología SE. Si lo requerimos (o más bien los electrones dispersos) para producir radiación Cherenkov en el globo ocular, entonces esto necesita $>5$ MeV, por lo que la tasa se reduciría a 1 por cada 100 días o incluso menos, debido al menor número de neutrinos a estas energías y al menor volumen de agua en el globo ocular.

EDITAR:

De hecho, mi respuesta original puede ser demasiado optimista en un orden de magnitud, ya que el agua sólo actúa como un buen detector (a través de la radiación Cherenkov) para los neutrinos por encima de las energías de 5 MeV. Los neutrinos solares son predominantemente de menor energía que ésta. Mi cálculo no tuvo en cuenta los neutrinos atmosféricos, que se producen en un número mucho menor (pero con energías más altas). $\sim 0.1-10$ GeV). La sección transversal de estos es de 4 a 6 órdenes de magnitud más alta, pero creo que se producen en un número tan bajo que no contribuyen.

Conclusión No tiene nada que ver con los neutrinos. La tasa sería demasiado baja, incluso si se pudieran percibir.

Answer 2

Si eres tan rápido en la detección de la luz, estás viendo los muones de los rayos cósmicos. Están cargados y dejan una huella ionizante en todo lo que cruzan y Luz Cerenkov. en líquido, y el ojo es principalmente líquido.

Son las partículas energéticas más numerosas que llegan al nivel del mar, con un flujo de aproximadamente 1 muón por centímetro cuadrado por minuto. Esto puede compararse con un flujo de neutrinos solares de aproximadamente 5 x 10^6 por centímetro cuadrado por segundo.

Aunque hay muchos más neutrinos, no generan fotones de primer orden como para ser detectables en cámaras de burbujas y chispas, etc., y por tanto ni siquiera a la vista.

La fácil creación de cámaras de nubes que muestran huellas de muones se registra en varios Vídeos de YouTube .

Con una cámara de este tipo, podrías tener el ojo debajo de la taza y hacer que un amigo compruebe la coincidencia con una de las pistas que entran, para verificar la nitidez de tu detección de luz. :)

Editar después de buscar en Google:

Se propone que la radiación cósmica primaria es responsable de los destellos de luz observados por los astronautas en vuelo translunar. La radiación Cherenkov puede ser un mecanismo importante o incluso el dominante. Un mecanismo alternativo es la excitación directa de la retina por partículas de rayos cósmicos.

Y entonces me acordé de una historia que me contó un físico veterano en aquellos primeros tiempos de los experimentos de física de alta energía en los que los físicos controlaban los haces: él centraba el haz hacia su detector mediante la luz cerenkov de su ojo. Posiblemente en aquellos tiempos no se relacionaba la radiación con el cáncer, y los flujos de los haces no eran tan fuertes como los que tenemos actualmente. (solo recuerdo que le pregunté por ello y que hizo el centrado con un haz muy débil).

La parte de la excitación de la retina no puede sostenerse para los muones cósmicos únicos. No se vería un destello, sólo un punto sería excitado por la ionización que sólo viaja micrones.

Answer 3

No se puede "ver" un destello si el ojo no recibe ningún estímulo aunque el cerebro reciba directamente un neutrino y sería imposible detectarlo porque 1) No hay ningún receptor de este tipo en el cerebro. 2) Un neutrino tiene una masa extremadamente pequeña. Puedo asegurar que si el cuerpo humano fuera capaz de detectar una partícula subatómica individual que colisionara con nosotros, no habría ninguna utilidad práctica de las cámaras de burbujas y otros equipos complejos de este tipo.

Incluso si un neutrino golpeara una varilla o un cono de la retina, el estímulo no sería lo suficientemente fuerte como para generar un potencial receptor, y mucho menos para desencadenar un potencial de acción (las sinapsis garantizarían que cualquier impulso débil se filtrara y no se enviara al cerebro). Para ver algo, necesitamos que más de un fotón incida en nuestra retina. (Bastantes, en realidad)

Answer 4

Esto definitivamente no es un neutrino. Los neutrinos son difíciles de detectar porque son ligeros, rápidos y no tienen carga, por lo que suelen atravesar la materia. Construimos máquinas gigantes para detectar neutrinos individuales. Las posibilidades de que esto ocurra son extremadamente bajas.