Une mesure de la rapidité avec laquelle les rayons cosmiques se propagent dans un milieu en raison de la diffusion.Le coefficient de diffusion quantifie la rapidité avec laquelle les particules ou l'énergie se propagent dans un milieu en raison du mouvement aléatoire. Dans le contexte des rayons cosmiques, il mesure la vitesse à laquelle des particules chargées comme les protons et les électrons sont diffusées par les irrégularités du champ magnétique dans l'espace, et se dispersent ainsi dans le milieu interstellaire ou intergalactique. Un coefficient élevé signifie une propagation plus rapide, tandis qu'un coefficient faible indique que les particules restent plus localisées.
Le concept de diffusion a été formalisé par Adolf Fick en 1855, et son application à la propagation des rayons cosmiques a été développée au milieu du XXe siècle par des physiciens comme Ginzburg et Syrovatskii.
La diffusion est décrite par la loi de Fick, où le flux de particules est proportionnel au gradient de densité, avec le coefficient de diffusion comme constante de proportionnalité. Dans le transport des rayons cosmiques, le coefficient dépend souvent de l'énergie des particules et des propriétés de la turbulence magnétique. Il est généralement dérivé du libre parcours moyen de diffusion : plus le libre parcours moyen est long, plus le coefficient de diffusion est grand. La marche aléatoire qui en résulte conduit à une répartition gaussienne des particules au fil du temps, avec une variance qui croît linéairement avec le temps.
Il est essentiel pour modéliser la propagation des rayons cosmiques à travers la galaxie, prédire leurs temps d'arrivée et leurs spectres sur Terre, et interpréter les données d'observatoires comme Fermi et IceCube.
Dans le milieu interstellaire, le coefficient de diffusion des rayons cosmiques est typiquement d'environ 10²⁸ cm²/s — soit environ un million de fois plus grand que celui de la chaleur dans le cuivre, reflétant les vastes distances entre les événements de diffusion.
| 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 — concentration mole per cubic metre |
| x | variable | Spatial coordinate along the diffusion direction — position metre |
| D | constante | Material-specific proportionality constant relating flux to concentration gradient — coefficient de diffusion = varies square metre per second |
| ∂/∂x | opérateur | Partial derivative with respect to position — dérivée partielle |
| D | variable | Diffusion coefficient — coefficient de diffusion metre squared per second |
| E | variable | Particle energy — énergie joule |
| b | variable | Energy scaling index |
| r_d | variable | Diffusion length scale — diffusion length metre |
| D | variable | Diffusion coefficient — coefficient de diffusion metre squared per second |
| t | variable | Time elapsed — temps second |
| P | variable | Probability density function — probability density |
| t | variable | Time — temps second |
| D | variable | Diffusion coefficient — coefficient de diffusion metre squared per second |
| ∇ | opérateur | Spatial gradient — nabla operator |
| ∇· | opérateur | Spatial divergence — divergence operator |
| ∂/∂t | opérateur | Partial derivative with respect to time — dérivée partielle |
| \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 — vitesse 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 — coefficient de diffusion 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 — température kelvin |
| \frac{\partial}{\par | opérateur | derivative with respect to altitude — dérivée partielle |
| \frac{d}{dz} | opérateur | total derivative with respect to altitude — total derivative |
| D | variable | Diffusion coefficient — coefficient de diffusion metre squared per second |
| E | variable | Particle energy — énergie joule |
| B | variable | Magnetic field strength — intensité du champ magnétique tesla |
| R_inj | variable | Injection scale (turbulence outer scale) — longueur metre |
