Pse magnetët kanë polet veriore dhe jugore?

Prerja e një magneti me shirit në gjysmë nuk do të heqë qafe shtyllat e tij. Ai do të prodhojë vetëm dy magnet, secili me një pol verior që do të tërhiqet në polin jugor të magnetit tjetër, dhe anasjelltas.

Është kjo veti themelore e tërheqjes që i bën magnetët të dobishëm për kaq shumë qëllime, nga mbajtja e një ftese feste në një frigorifer deri tek kryerja e imazheve mjekësore.

Por si lindin këto pole? Pse magnetët kanë polet veriore dhe jugore?

Magnetët janë “një nga misteret më të thella në fizikë”, tha Greg Boebinger, drejtor i Laboratorit Kombëtar të Fushës Magnetike të Lartë në Tallahassee, Florida. Ndërsa njerëzit kanë përdorur magnet për mijëra vjet, shkencëtarët ende po mësojnë gjëra të reja se si funksionojnë ata.

Përgjigja më themelore se pse magnetët kanë pole qëndron në sjelljen e elektroneve. E gjithë lënda, përfshirë magnetet, është e përbërë nga atome. Në çdo atom, bërthama është e rrethuar nga një ose më shumë elektrone të ngarkuar negativisht. Secili prej këtyre elektroneve gjeneron fushën e vet të vogël magnetike, të cilën shkencëtarët i referohen si një “spin”. Nëse mjaft nga ato fusha të vogla magnetike janë të drejtuara në të njëjtin drejtim, vetë materiali bëhet magnetik.

“Rrotullimi” i një elektroni është diçka si një koncept abstrakt, tha Boebinger për Live Science. Teknikisht, askush nuk ka parë një elektron që rrotullohet – është shumë i vogël për t’u parë nën një mikroskop. Por fizikantët e dinë se elektronet kanë një fushë magnetike sepse e kanë matur atë. Dhe një mënyrë se si ajo fushë mund të gjenerohet është nëse elektroni po rrotullohej. Kthejeni drejtimin e rrotullimit dhe fusha magnetike do të rrotullohej.

Kur është e mundur, elektronet do të çiftohen në mënyrë që rrotullimet e tyre të anulohen, duke e bërë magnetizmin neto të një atomi zero. Por në disa elementë, siç është hekuri, kjo nuk mund të ndodhë. Numri i elektroneve dhe mënyra se si ata janë të pozicionuar rreth bërthamës do të thotë se çdo atom hekuri do të ketë një elektron të paçiftuar që gjeneron një fushë të vogël magnetike.

Në një material të pamagnetizuar, këto fusha magnetike individuale janë të drejtuara në drejtime të ndryshme të rastësishme. Në atë gjendje, ato kryesisht anulojnë njëri-tjetrin, kështu që materiali nuk është në përgjithësi magnetik. Por në kushtet e duhura, fushat e vogla magnetike nënatomike mund të rreshtohen për të treguar në të njëjtin drejtim. Dikush mund të mendojë për këtë si ndryshimin midis një turme njerëzish që rrethojnë, kundrejt të gjithëve që organizohen dhe përballen në të njëjtin drejtim. Kombinimi i atyre fushave magnetike shumë të vogla krijon një fushë magnetike më të madhe – kështu që materiali bëhet një magnet.

Shumë nga magnetët e përdorur në jetën e përditshme, si magnetet e frigoriferit, njihen si magnet të përhershëm. Në këto materiale, fushat magnetike të shumë atomeve në material janë rreshtuar përgjithmonë nga një forcë e jashtme – si duke u futur brenda një fushe magnetike më të fuqishme.

Shpesh, ajo fushë magnetike më e fuqishme krijohet nga elektriciteti. Energjia elektrike dhe magnetizmi janë të lidhura thelbësisht, sepse fushat magnetike krijohen nga lëvizja e ngarkesave elektrike. Kjo është arsyeja pse një elektron rrotullues ka një fushë magnetike. Por shkencëtarët gjithashtu mund të shfrytëzojnë energjinë elektrike për të krijuar magnet shumë të fuqishëm, tha Paolo Ferracin, një shkencëtar i lartë në Laboratorin Kombëtar Lawrence Berkeley në Kaliforni. Drejtimi i mjaftueshëm i rrymës përmes një spirale teli gjeneron një fushë magnetike shumë të fortë që zgjat për aq kohë sa rrjedh rryma. Këta elektromagnetë përdoren shpesh në kërkimet e fizikës, tha Ferracin për Live Science. Ato përdoren gjithashtu në mjete mjekësore si makinat e imazhit të rezonancës magnetike (MRI).

Toka ka gjithashtu fushën e saj magnetike – është ajo që e bën gjilpërën e busullës të funksionojë. Shkencëtarët kanë përcaktuar polin verior të një magneti si fundin që do të drejtohej drejt polit verior të Tokës nëse magneti mund të rrotullohej lirshëm. Por teknikisht, shpjegoi Boebinger, kjo do të thotë se poli magnetik verior në Tokë është në fakt një pol magnetik jugor, pasi polet e kundërta tërhiqen.

Në konvencionin e fizikës, linjat e fushës magnetike rrjedhin jashtë nga poli verior i magnetit dhe në polin e tij jugor, duke formuar një lak të mbyllur.

Fizikantët kanë gjetur gjithashtu rregullime të tjera të poleve magnetike, duke përfshirë katërpolet, në të cilat një kombinim i poleve magnetike veriore dhe jugore janë rregulluar në një katror. Por një qëllim mbetet i pakapshëm, Ferracin tha: Askush nuk ka gjetur ende një monopol magnetik.

Elektronet dhe protonet janë monopole elektrike: secila prej tyre ka një ngarkesë elektrike të vetme, pozitive ose negative. Por elektronet (dhe grimcat e tjera gjithashtu) kanë dy pole magnetike. Dhe për shkak se ato janë grimca themelore, ato nuk mund të ndahen më tej. Ky ndryshim midis mënyrës se si grimcat sillen në mënyrë elektrike dhe magnetike ka intriguar shumë fizikanë, dhe për disa, gjetja e një grimce me një pol të vetëm magnetik është graali i shenjtë. Zbulimi i tij do të sfidonte ligjet e fizikës siç i kuptojmë aktualisht.