הערה: השאלה קיבלה כבר תשובות פעמיים בעבר.
אך מכיוון שהנושא בהחלט לא פשוט ונראה שלא הובן בצורה מלאה, עשינו נסיון נוסף.

כל חלקיק אלמנטרי מאופיין על-ידי מספר תכונות. למשל, לכל חלקיק יש מסה ומטען חשמלי: לאלקטרון יש מטען חשמלי שלילי, ומסה מסויימת שנמדדה בניסוי. לפוטון (החלקיק שנושא את הכח החשמלי) יש מטען חשמלי אפס ומסה אפס.

רשימת התכונות שמאפיינת חלקיק מופיעה באופן טבעי כאשר משלבים מתמטית את תורת היחסות הפרטית עם תורת הקוונטים. כאשר עושים זאת מגלים שכל חלקיק מאופיין על-ידי מסה, ועל-ידי תכונה נוספת שנקראת "ספין". לספין יש הגדרה מתמטית מדוייקת, אבל באופן ציורי ניתן לומר שככל שהספין גבוה יותר, כך החלקיק מתנהג כאילו הוא "מסתובב סביב עצמו" מהר יותר, כמו סביבון. זה רק תאור ציורי: ככל הידוע לנו החלקיקים הבסיסיים הם נקודתיים, כלומר אין להם גודל, ולכן הם לא יכולים ממש להסתובב. אבל מבחינה מתמטית התאור של גופים מסתובבים ושל חלקיק עם ספין הוא מאד דומה.

לדוגמא, ביחידות מדידה מסויימות, לאלקטרון יש ספין 1/2, ולפוטון יש ספין 1. לחלקיק ההיגס שאותו מחפשים במאיץ החדש ב-CERN אמור להיות ספין 0.

בדומה למסה ולמטען חשמלי, הספין של חלקיק הוא קבוע ואינו משתנה עם הזמן. אנחנו לא יכולים "לתפוס" אלקטרון ולגרום לו "להפסיק להסתובב סביב עצמו". עם זאת, בעזרת שדות מגנטיים ניתן להשפיע על ציר הסיבוב של האלקטרון, ולגרום לו להסתובב בכיוון מסויים.


תמונה עובדה מויקיפדיה

מגנטים וספין
כדי להבין קצת יותר את העניין נתבונן בתופעת המגנט. מסתבר שמגנטים קיימים בזכות העובדה שלאלקטרון יש ספין.

נדמיין שאנחנו לוקחים חוט נחושת, מלפפים אותו כסליל, ומעבירים בו זרם חשמלי. התנועה של האלקטרונים שזורמים בחוט יוצרת שדה מגנטי סביב הסליל, והסליל מתנהג בדיוק כמו מגנט שאנחנו מכירים מחיי היום-יום. אם נכבה את הזרם תנועת האלקטרונים תיפסק והשדה המגנטי ייעלם: הסליל יפסיק להתנהג כמו מגנט. באופן כללי, תנועה של מטען חשמלי במעגלים יוצרת התנהגות שדומה למגנט: במקרה של הסליל, המטען החשמלי הוא של האלקטרונים הנעים לאורך החוט.

סליל עם זרם הוא כנראה פחות מוכר ממגנט. אבל כעת כדאי דווקא לחשוב על הסליל בתור הדבר הבסיסי ולשאול, מה גורם למגנט להתנהג כמו סליל עם זרם?

המגנט מכיל אלקטרונים רבים. לכל אלקטרון יש ספין, כלומר כל אלקטרון מתנהג כאילו הוא כדור קטן שמסתובב סביב עצמו.

כל אלקטרון גם טעון חשמלית. לכן, כל אלקטרון מתנהג בעצמו כמו סליל עם זרם, או כמו מגנט קטן: כדור טעון חשמלית שמסתובב ללא הרף סביב עצמו. אם האלקטרונים בחומר מסתובבים באופן אקראי בכיוונים שונים, ההשפעה המגנטית שלהם מתבטלת, וזה המצב ברוב החומרים. אבל אם מאיזושהי סיבה רוב האלקטרונים מסתובבים באותו כיוון, יש להם השפעה מצטברת והמגנטים הקטנים הופכים ביחד למגנט גדול. מסתבר שבחומרים שמהווים מגנט קיימת תופעה כזו שמאפשרת לאלקטרונים רבים להסתובב סביב עצמם באותו כיוון, וזה מה שיוצר את אפקט המגנט.

מאת: גיא גור-ארי
המחלקה לחלקיקים אלמנטריים
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

14 תגובות

  • אנונימי

    תודה רבה!! כתבה מעולה!@!@

  • אנונימי

    תודה

    היי אני תלמיד יא ואני מכין עבודה בפיזיקה , אני חייב לציין שהאתר מלמד אותי דברים חדשים שלא נמצאים בשום מקום אחד , תודה

  • ניר

    תכונה פנימית של חלקיק המבטא את דרגות החופש?

    מה זה דרגות חופש ומה המשפט הזה אומר

  • אלדד

  • מאיר ברק

  • מאיר ברק

    תשובה

    כפי שרשום בתשובה למעלה-

    ה"ספין" של חלקיקי היסוד באמת מציית לחוקים המתמטיים של תנע זוויתי מקרוסקופי אך בניגוד לעצמים מסתובבים שאנו מכירים, הספין של חלקיקי היסוד אינו קשור לסיבוב של מסה אלא הוא תכונה פנימית של החלקיק המבטא את דרגות החופש שלו.

    אני מבין שזה מעט קשה להבנה כי אנחנו ישר מקשרים ספין לסיבוב של גוף וזה יוצר תנע זוויתי שמעניק לגוף יציבות.
    אני אנסה לכתוב בשבועות הקרובים תשובה חדשה שתנסה להבהיר את השאלה החשובה מעט יותר.

    בנתיים לקוראי האנגלית, באתר הבא יש הסבר טוב
    קישורים:
    על ספין האלקטרון
    http://markusehrenfried.de/science/physics/hermes/whatisspin.html

  • תום

    מהו ספין מיקרוסקופי?

    האם זה סיבוב של מסה בקנה מידה מיקרוסקופי?

  • נוי

    ספין

    מעיין לשמוע שספין זה גם מונח בפיסיקה תמיד חשבתי שזה אך ורק קשור לתקשורת

  • דורון

  • דורון

    אכן הסבר בהחלט טוב וממצה.

    אפילו סטודנטים לפיזיקה חייבים להעמיק בנושא כדי להבין את המושג ספין.

  • אורן

    הסבר מעולה למרות הקושי בהבנת הערך "ספין"

    קראתי שיש המכנים ספין בעברית גם "סחריר" אבל "ספין" יותר מתאים.

  • אור

    ספין

    ספין חצי אומר שהוא חוזר למצבו המקורי כביכול אחרי 720 מעלות?
    ו1 זה 360 מעלות?

  • מאיר

    תגובה

    נכון.
    אבל ה"כביכול" חשוב כאן מאוד מכיוןן שכפי שמודגש כאן זה אינו ספין אמיתי.

  • אור