Τι είναι το Mie Scattering;

Η σκέδαση Mie είναι ο τρόπος με τον οποίο τα σφαιρικά σωματίδια διασκορπίζουν την ακτινοβολία που αναπηδά από αυτά. Οι τύποι που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τη σκέδαση του κύματος ακτινοβολίας λειτουργούν καλύτερα όταν τα σωματίδια είναι παρόμοια σε μέγεθος με το μήκος του κύματος. Οι σταγόνες νερού στην ατμόσφαιρα και τα υγιή ζωικά κύτταρα θα διασκορπίσουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σύμφωνα με τις αρχές της σκέδασης Mie.

Οι τύποι που περιγράφουν τη διασπορά Mie μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό πολλών διαφορετικών πραγμάτων. Το μέγεθος και η σύνθεση του σωματιδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει πόση ακτινοβολία θα διασκορπιστεί και σε ποιες κατευθύνσεις θα ταξιδέψει η ακτινοβολία. Αντίθετα, η εξέταση της συμπεριφοράς ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος αφού έρθει σε επαφή με ένα σωματίδιο μπορεί να δώσει στους επιστήμονες μια ιδέα για το μέγεθος και τη σύνθεση του ίδιου του σφαιρικού σωματιδίου.

Σωματίδια των μεγεθών που ισχύουν για τους τύπους του Mie που σκεδάζουν το φως με προβλέψιμο τρόπο. Η ακτινοβολία διασκορπίζεται παντού γύρω από το σωματίδιο, αν και περισσότερη από αυτή είναι διασκορπισμένη στην πλευρά του σωματιδίου που είναι στραμμένη μακριά από την πηγή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Ωστόσο, μικρές ποσότητες ακτινοβολίας αναπηδούν προς την πηγή της ακτινοβολίας και σε οξείες γωνίες προς αυτήν.

Η μετεωρολογία και οι βιολογικές επιστήμες χρησιμοποιούν τις πληροφορίες που συλλέγονται από τη σκέδαση Mie. Στη μετεωρολογία, η συμπεριφορά των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όταν αναπηδούν από σωματίδια μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό της πυκνότητας των σωματιδίων στον ουρανό. Αυτά τα σωματίδια μπορεί να περιλαμβάνουν σκόνη, νερό και γύρη, καθώς και κοινούς ρύπους, γεγονός που καθιστά δυνατή την αξιολόγηση της ποιότητας του αέρα μέσω της εφαρμογής των εξισώσεων σκέδασης Mie. Στη βιολογία, τα υγιή κύτταρα διασκορπίζουν το φως σύμφωνα με τις αρχές της σκέδασης Mie. Τα καρκινικά κύτταρα διασκορπίζουν το φως με διαφορετικό τρόπο, γεγονός που καθιστά τη σκέδαση Mie χρήσιμη για τη διάγνωση καρκίνων που είναι οπτικά παρόμοιοι με τα υγιή κύτταρα.

Η σκέδαση Mie αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1900 από τον Γερμανό φυσικό Gustav Mie. Ανέπτυξε τους τύπους του για να περιγράψει καλύτερα τη συμπεριφορά των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων γύρω από σωματίδια που είχαν περίπου το ίδιο μέγεθος σε διάμετρο με ένα μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Τα σωματίδια που είναι πολύ μικρότερα από ένα μήκος κύματος μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας ένα σύνολο τύπων που περιγράφουν τη σκέδαση Rayleigh. Σωματίδια που είναι πολύ μεγαλύτερα από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας διασκορπίζουν το φως με τρόπο που περιγράφεται καλά από τους τύπους για τη σκέδαση Rayleigh-Gans-Debye.