Makroskooppinen magneetti presessoi

Vuonna 1861 fyysikko James Clerk Maxwell ehdotti, että magneetti käyttäytyy jossain määrin kuten pyörivä gyroskooppi, mutta hänen kokeensa eivät koskaan onnistuneet osoittamaan tätä ilmiötä.

Sittemmin tutkijat ovat havainneet erilaisia niin kutsutun gyromagnetismin ilmentymiä, enimmäkseen erikoistuneissa magneettisissa materiaaleissa tai pyörivien magneettien kanssa, mutta nyt italialainen tutkijakaksikko on havainnut gyroskooppisen liikkeen merkkejä, jotka vastaavat Maxwellin alkuperäisiä ideoita.

Tiimi käytti mikroskooppista magneettipalloa tekniikassa, jota parannuksilla voitaisiin käyttää ultraherkän magneettikentän havaitsemiseen, jollainen voisi olla hyödyllinen biologisen magnetismin tutkimuksessa kirjoittaa aiheesta Physics Magazinen Rachel Berkowitz.

Jos yrität kallistaa pystysuoran akselin ympäri pyörivää gyroskooppia, se reagoi kallistumalla 90 asteen suunnasta. Tämä ilmiö johtaa prekessioon painovoiman vaikutuksesta – kuten hyrrän akselin suorittama hidas silmukka.

Magneettikentässä oleva elektroni käyttäytyy kuin gyroskooppi painovoimakentässä, koska elektronilla on magneettinen momentti, joka liittyy luontaiseen pyörimismäärään eli spiniin. Voisi siis olettaa, että materiaalilla, jonka mikroskooppiset spinit ovat linjassa – kuten tavallisella ferromagneetilla – olisi makroskooppinen pyörimismäärä ja se käyttäytyisi kuin gyroskooppi.

1900-luvun alun kokeet paljastivatkin, että vapaasti riippuvan magneetin magnetisaation muuttaminen muuttaa sen pyörimisliikettä ja että pyörivä magneetti saa lisää magnetisaatiota pyörimisakselinsa suuntaisesti.

Maxwellin kokeet lähestyivät aihetta eri tavalla ja etsivät merkkejä sähkömagneetin sivuttaissiirtymästä, kun sitä pyöritettiin kelan akseliin kohtisuorassa olevan akselin ympäri. Magneetin luontaiseen liikemäärään ei lisätty tai vähennetty mekaanista liikemäärää. Hänen ja muut kokeensa epäonnistuivat, koska magneetin suuri inertia peittosi elektronien liikkeeseen tai spiniin liittyvän heikon liikemäärän. Mutta pienemmillä magneeteilla on vähemmän inertiaa, ja niiden avulla ilmiö voitiin havaita.

Italian kansallisen optiikan instituutin kvanttioptomekaniikkaan erikoistunut fyysikko Antonio Pontin huomauttaa, että aiemmissa tutkimuksissa on havaittu samanlaisia vaikutuksia optisesti levitoivien nanopartikkelien värähtelyssä, jota ohjaa joko ulkoinen voima tai lämpökohina. Mutta hiukkasen sisäisestä kokonaisspinistä johtuvan gyromagnetismin osoittaminen "on ollut tutkijoiden ulottumattomissa jo hyvin pitkään", hän sanoo Berkowitzin artikkelissa.

Aiheesta aiemmin:

Kosmista magnetismia autoihin ja tuuligeneraattoreihin

Magneettisuus vaihtuukin hitaammin