¿Por qué los rayos X pueden pasar a través de un cuerpo humano sin obstáculos, pero las ondas ópticas no lo hacen, ya que se dispersan y absorben?

¿Por qué las ondas ópticas se dispersan o absorben cuando se dirigen al cuerpo humano y los rayos X pasan directamente a través del cuerpo? La única diferencia entre ellos es que los rayos X tienen una longitud de onda más pequeña, entonces, ¿cómo les permite pasar a través de un medio sin obstáculos?

¿Tiene algo que ver con que las ondas ópticas sean en realidad partículas en forma de fotones? (¿Y por qué las ondas ópticas se consideran fotones y los rayos X no?

Los rayos X son fotones. Y las máquinas de rayos X no serían útiles si el cuerpo no afectara su paso. Y la longitud de onda de la luz tiene un gran impacto en cómo interactúa con un material, aunque esa es una pregunta bastante compleja en sí misma.
Pero, ¿cuál es la diferencia entre las dos modalidades en que los fotones de luz visible se absorben mucho más que los rayos X?

Respuestas (1)

Bueno, el punto de partida es que la interacción luz-materia es un campo inmenso de la física. Incluso si nos enfocamos solo en un tipo particular de radiación, los efectos que puede producir son muchos, dependiendo de los elementos con los que interactúa, y de cómo se combinan entre sí (por ejemplo, si son átomos libres, o se unen formando moléculas o sólidos). Ahora, podemos decir que la intensidad de un haz de ondas monocromáticas que se encuentra con un objeto de ancho L, cae exponencialmente a medida que cruza ese objeto,

I ( X ) = I o mi − η X
donde x es la distancia que ha recorrido el haz, y η se denomina coeficiente de absorción, que encierra el propio mecanismo de interacción, por lo que es diferente para los rayos X y la luz visible. Ahora, podemos decir aproximadamente que cuando un haz de luz visible interactúa con los tejidos del cuerpo humano, η tiene una magnitud lo suficientemente grande como para que la luz se absorba por completo, y en parte se vuelva a emitir, en unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro). Sin embargo, cuando hablamos de rayos X, estos son miles de veces más energéticos que la luz visible, debido a la relación energía-frecuencia, que es
mi = h v = h C λ
Entonces, cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la energía del fotón. Recuerda que todo tipo de ondas electromagnéticas tienen una descripción cuanto-mecánica basada en los fotones, que son los cuantos de energía transportados por el campo electromagnético, pero en fin. Volviendo a los rayos X, su energía es lo suficientemente alta como para viajar a través de los tejidos del cuerpo sin ser absorbida; esto se debe a que la energía de los rayos X es del orden de los niveles atómicos de los elementos más pesados, que apenas están presentes en un cuerpo sano. La mayoría de los tejidos humanos están formados por elementos ligeros, como el carbono, el oxígeno, el hidrógeno, etc., que difícilmente absorberán un fotón X. Por lo tanto, son libres de cruzar el cuerpo, en todas partes excepto en los tejidos como los huesos, compuestos de elementos que pueden absorber "fácilmente" un fotón X.

"esto se debe a que la energía de los rayos X es del orden de los niveles atómicos de los elementos más pesados, que apenas están presentes en un cuerpo sano". Pero los rayos X pueden excitar un estado ligado de elementos ligeros a un estado de dispersión que tiene una energía arbitrariamente alta. (en otras palabras, los rayos X pueden ionizar el elemento ligero). ¿La transición de estado límite a estado límite tiende a tener un elemento de matriz de dispersión más grande que la transición de estado límite a estado de dispersión?
¿Por qué los rayos X pueden pasar a través de un cuerpo humano sin obstáculos, pero las ondas ópticas no lo hacen, ya que se dispersan y absorben?
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