Una medida de la rapidez con la que los rayos cósmicos se extienden a través de un medio debido a la dispersión.El coeficiente de difusión cuantifica la rapidez con la que las partículas o la energía se propagan a través de un medio debido al movimiento aleatorio. En el contexto de los rayos cósmicos, mide la velocidad a la que partículas cargadas como protones y electrones se dispersan con las irregularidades del campo magnético en el espacio y, por tanto, se difunden a través del medio interestelar o intergaláctico. Un coeficiente más alto significa una propagación más rápida, mientras que uno más bajo indica que las partículas permanecen más localizadas.
El concepto de difusión fue formalizado por Adolf Fick en 1855, y su aplicación a la propagación de rayos cósmicos se desarrolló a mediados del siglo XX por físicos como Ginzburg y Syrovatskii.
La difusión se describe mediante la ley de Fick, donde el flujo de partículas es proporcional al gradiente de densidad, siendo el coeficiente de difusión la constante de proporcionalidad. En el transporte de rayos cósmicos, el coeficiente suele depender de la energía de las partículas y de las propiedades de la turbulencia magnética. Típicamente se deriva del camino libre medio de dispersión: cuanto mayor es el camino libre medio, mayor es el coeficiente de difusión. El consiguiente paseo aleatorio conduce a una distribución gaussiana de las partículas a lo largo del tiempo, con una varianza que crece linealmente con el tiempo.
Es esencial para modelar cómo se propagan los rayos cósmicos a través de la galaxia, predecir sus tiempos de llegada y espectros en la Tierra, e interpretar los datos de observatorios como Fermi e IceCube.
En el medio interestelar, el coeficiente de difusión de los rayos cósmicos es típicamente de unos 10²⁸ cm²/s, aproximadamente un millón de veces mayor que el del calor en el cobre, lo que refleja las enormes distancias entre eventos de dispersión.
| J | variable | Diffusive flux (amount per unit area per unit time) — diffusive flux mole per square metre per second |
| c | variable | Concentration of the diffusing species — concentración mole per cubic metre |
| x | variable | Spatial coordinate along the diffusion direction — posición metre |
| D | constante | Material-specific proportionality constant relating flux to concentration gradient — coeficiente de difusión = varies square metre per second |
| ∂/∂x | operador | Partial derivative with respect to position — derivada parcial |
| D | variable | Diffusion coefficient — coeficiente de difusión metre squared per second |
| E | variable | Particle energy — energía joule |
| b | variable | Energy scaling index |
| r_d | variable | Diffusion length scale — diffusion length metre |
| D | variable | Diffusion coefficient — coeficiente de difusión metre squared per second |
| t | variable | Time elapsed — tiempo second |
| P | variable | Probability density function — probability density |
| t | variable | Time — tiempo second |
| D | variable | Diffusion coefficient — coeficiente de difusión metre squared per second |
| ∇ | operador | Spatial gradient — nabla operator |
| ∇· | operador | Spatial divergence — divergence operator |
| ∂/∂t | operador | Partial derivative with respect to time — derivada parcial |
| \phi_i | variable | vertical flux of species i — particle flux metre per second per square metre |
| n_i | variable | number density of species i — number density per cubic metre |
| v | variable | bulk vertical velocity — velocidad metre per second |
| K_{zz} | variable | eddy diffusion coefficient — eddy diffusion coefficient square metre per second |
| n_{\text{tot}} | variable | total number density — number density per cubic metre |
| X_i | variable | mole fraction of species i — mole fraction |
| z | variable | altitude — altitude metre |
| D_i | variable | molecular diffusion coefficient of species i — coeficiente de difusión square metre per second |
| H_i | variable | scale height of species i — scale height metre |
| \alpha_T | variable | thermal diffusion factor — thermal diffusion factor |
| T | variable | temperature — temperatura kelvin |
| \frac{\partial}{\par | operador | derivative with respect to altitude — derivada parcial |
| \frac{d}{dz} | operador | total derivative with respect to altitude — total derivative |
| D | variable | Diffusion coefficient — coeficiente de difusión metre squared per second |
| E | variable | Particle energy — energía joule |
| B | variable | Magnetic field strength — intensidad del campo magnético tesla |
| R_inj | variable | Injection scale (turbulence outer scale) — longitud metre |
