La diffusion Rayleigh est un phénomène physique où la lumière est diffusée dans différentes directions par de très petites particules. Ces particules sont beaucoup plus petites que la longueur d’onde de la lumière impliquée et peuvent même être aussi petites qu’un seul atome. La diffusion de Rayleigh est le plus souvent observée dans les gaz, bien qu’elle puisse se produire à la fois dans les liquides et dans les solides. La quantité de diffusion présente dépend des propriétés polarisantes d’un type particulier de particule et peut varier en fonction des éléments impliqués.
La quantité de diffusion dépend d’un certain nombre de facteurs. Pour que la diffusion soit connue sous le nom de diffusion Rayleigh, la particule doit être beaucoup plus petite que la longueur d’onde de la lumière &mdahs; si la particule est proche de la taille de la longueur d’onde alors les approximations utilisées pour la diffusion Rayleigh ne sont plus correctes. Cependant, plus la particule est grosse, plus l’intensité de la diffusion est grande, tandis que plus la longueur d’onde est grande, moins l’intensité diffusée est élevée.
La lumière peut être diffusée à partir des atomes et des molécules. Lorsqu’un atome ou une particule unique est impliqué, l’approximation de petite taille peut être utilisée. Cela utilise plusieurs hypothèses, principalement que la particule est très petite et que le rayon de la particule et l’indice de réfraction peuvent être mesurés. Une molécule n’a souvent pas un rayon aussi clairement défini et des formules légèrement différentes doivent donc être utilisées pour calculer l’intensité de la diffusion. Dans ce cas, la polarisabilité – la quantité que la charge sur la molécule sera affectée par un champ électrique – est utilisée pour calculer l’intensité de diffusion.
La diffusion Rayleigh est le mécanisme qui rend le ciel bleu. Lorsque la lumière du soleil traverse l’atmosphère, elle est dispersée par les particules présentes. Cependant, certaines longueurs d’onde de la lumière sont plus diffusées que d’autres. Dans ce cas, la lumière bleue est diffusée plus efficacement et le ciel apparaît bleu la plupart du temps. La seule exception est pendant le coucher ou le lever du soleil où les rayons du soleil traversent directement l’atmosphère. Dans ce cas, le ciel apparaît plus rouge car la lumière rouge n’est pas aussi dispersée que la lumière bleue et peut traverser l’atmosphère sans être affectée.
Il existe également plusieurs applications pratiques de la diffusion de Rayleigh qui sont utilisées dans la technologie moderne. Par exemple, le fait que la lumière soit diffusée est utilisé dans certaines fibres optiques. Pour que les fibres optiques fonctionnent correctement, il faut une certaine diffusion des signaux optiques et cela est réalisé en utilisant de petites particules.