Spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique couvre environ 19 ordres de grandeur en fréquence, des ondes radio longues à environ 10^3 Hz jusqu'aux rayons gamma les plus énergétiques détectés au-delà de 10^22 Hz. Toutes les bandes correspondent au même phénomène physique : des oscillations transversales des champs E et B se propageant à c = 3 × 10^8 m/s dans le vide. La relation c = f × λ implique qu'à chaque fois que la fréquence est multipliée par dix, la longueur d'onde est divisée par le même facteur. Les ondes radio à 1 MHz ont des longueurs d'onde de 300 m ; la lumière visible à 5 × 10^14 Hz a des longueurs d'onde de 500 nm ; les rayons X médicaux à 10^18 Hz ont des longueurs d'onde inférieures à la taille d'un atome. L'énergie du photon E = hf (h = 6,626 × 10^-34 J·s) varie de façon identique avec la fréquence, de sorte qu'un photon gamma transporte environ 10^19 fois plus d'énergie qu'un photon radio.

Chaque bande interagit différemment avec la matière, car l'énergie du photon détermine quelle transition moléculaire ou nucléaire il peut induire. Les ondes radio traversent les tissus et ne se couplent qu'à la précession des spins nucléaires à 64 MHz par tesla (IRM). Les photons infrarouges à 0,1 eV correspondent aux modes de vibration des liaisons moléculaires, faisant de la spectroscopie infrarouge une empreinte de la structure chimique. Les photons visibles à 2-3 eV excitent des transitions électroniques dans les molécules conjuguées et les pigments photorécepteurs, sous-tendant la photosynthèse et la vision humaine. Les photons UV au-dessus de 3,1 eV peuvent rompre les liaisons π des bases de l'ADN, ce qui explique la mutagenèse induite par les UV. Les photons X à 10-100 keV ionisent les électrons des couches internes et traversent les tissus mous tout en étant absorbés par les os denses. Les rayons gamma au-dessus de 100 keV proviennent de transitions nucléaires et de désintégrations radioactives et nécessitent des mètres de béton ou de plomb pour être blindés.