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La diffusione fotonica è una situazione nella quale i fotoni viaggiano attraverso un materiale senza esserne assorbiti, ma, subendo ripetuti fenomeni di scattering, cambiano la direzione del loro percorso. Il tragitto di un fotone è, a tutti gli effetti, una passeggiata aleatoria.
Nella scienza medica, la diffusione fotonica può essere sfruttata per riprodurre immagini del corpo del paziente, specialmente per quanto riguarda cervello e mammelle. Ciò ha contribuito allo sviluppo di alcuni settori della ricerca, come ad esempio le neuroscienze.
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