Vad är Mie-spridning?

Mie-spridning är hur sfäriska partiklar sprider strålning som studsar av dem. Formlerna som används för att beskriva spridningen av strålningsvågen fungerar bäst när partiklarna är lika stora som våglängden. Vattendroppar i atmosfären och friska djurceller kommer båda att sprida elektromagnetisk strålning i enlighet med principerna för Mie-spridning.

Formlerna som beskriver Mie-spridning kan användas för att bestämma ett antal olika saker. Partikelns storlek och sammansättning kan användas för att förutsäga hur mycket strålning som kommer att spridas och i vilka riktningar strålningen kommer att färdas. Omvänt, att undersöka beteendet hos en elektromagnetisk våg efter att den kommer i kontakt med en partikel kan ge forskare en uppfattning om storleken och sammansättningen av själva den sfäriska partikeln.

Partiklar av de storlekar som är tillämpliga på formlerna för Mie sprider ljuset på ett förutsägbart sätt. Strålningen sprids runt hela partikeln, även om mer av den sprids på sidan av partikeln som är vänd bort från källan till den elektromagnetiska strålningen. Små mängder strålning studsar dock tillbaka mot strålningskällan och i spetsiga vinklar mot den.

Meteorologi och biologiska vetenskaper använder informationen från Mie spridning. Inom meteorologi kan beteendet hos elektromagnetiska vågor när de studsar av partiklar hjälpa till att bestämma hur tät partiklarna på himlen är. Dessa partiklar kan inkludera damm, vatten och pollen, såväl som vanliga föroreningar, vilket gör det möjligt att bedöma luftkvaliteten genom tillämpning av Mie spridningsekvationer. Inom biologin sprider friska celler ljus enligt principerna för Mie-spridning. Cancerceller sprider ljus på ett annat sätt, vilket gör Mie spridning användbar för att diagnostisera cancer som visuellt liknar friska celler.

Mie-spridning utvecklades på 1900-talet av den tyske fysikern Gustav Mie. Han utvecklade sina formler för att bättre beskriva beteendet hos elektromagnetiska vågor runt partiklar som var ungefär lika stora i diameter som en våglängd av strålningen. Partiklar som är mycket mindre än en våglängd kan beskrivas med hjälp av en uppsättning formler som beskriver Rayleigh-spridning. Partiklar som är mycket större än strålningens våglängd sprider ljus på ett sätt som beskrivs väl av formlerna för Rayleigh-Gans-Debye-spridning.