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.
.jpg)
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.
