difusión de fotones

La difusión de fotones es una descripción aproximada de cómo se propaga la luz a través de un material en el que la dispersión es mucho más común que la absorción . En dichos medios, los fotones experimentan muchos eventos de dispersión sucesivos, que cambian repetidamente su dirección de viaje. Tras muchas interacciones, la trayectoria de un fotón individual puede describirse estadísticamente como un paseo aleatorio . ^{[ 1 ]}

Cuando se consideran grandes cantidades de fotones simultáneamente, su transporte global se comporta de manera similar a la difusión. En este régimen, la distribución de la energía luminosa se propaga a través del material de forma que puede describirse mediante una ecuación de difusión . Esta aproximación se deriva de la ecuación de transferencia radiativa más general y es válida cuando el material es ópticamente grueso y la dispersión predomina sobre la absorción.

Esta descripción se utiliza comúnmente para modelar la propagación de la luz en medios como tejidos biológicos , nubes y otros materiales donde las dispersiones repetidas influyen fuertemente en cómo se mueve la luz a través del sistema.

En astrofísica , la difusión de fotones ocurre dentro de una atmósfera estelar . Para describir este fenómeno, se debe desarrollar la ecuación de transferencia en momentos y utilizar la aproximación de Eddington para la transferencia radiativa (es decir, la aproximación de difusión). En 3D, los resultados son dos ecuaciones para el flujo de energía de los fotones:

${\displaystyle {\vec {F}}=-{\frac {c}{12\pi \sigma }}{\vec {\nabla }}U,}$

${\displaystyle {\vec {\nabla }}\cdot {\vec {F}}=0,}$

dónde${\displaystyle \sigma }$es la opacidad. Sustituyendo la primera ecuación en la segunda, se obtiene la ecuación de difusión para la densidad de energía del fotón:

${\displaystyle \nabla ^{2}U-{\frac {1}{\sigma }}{\vec {\nabla }}U\cdot {\vec {\nabla }}\sigma =0.}$

En medicina , la difusión de fotones se puede utilizar para crear imágenes del cuerpo (principalmente del cerebro y la mama) y ha contribuido en gran medida al avance de ciertos campos de investigación, como la neurociencia. Esta técnica se conoce como imagen óptica difusa .

• Reflexión difusa
• Amortiguación por difusión
• oscurecimiento global
• Imágenes ópticas médicas
• Tomografía óptica
• Ecuación de transferencia radiativa y teoría de difusión para el transporte de fotones en tejido biológico