Magneettinen momentti

Magneettinen momentti (magneettimomentti, magneettinen dipolimomentti) on magnetismiin liittyvä suure, jolla on merkitystä fysiikassa, tähtitieteessä, kemiassa ja sähkötekniikassa. Se kuvaa systeemin, esimerkiksi sähkövirran, sauvamagneetin, elektronin, molekyylin tai planeetan magneettisia ominaisuuksia. Magneettinen dipolimomentti määrittää magneettisen systeemin ympärilleen aiheuttaman dipolaarisen magneettikenttäkomponentin, magneettikentän, voimakkuuden ja suunnan. Voimakkuus on kääntäen verrannollinen etäisyyden kuutioon. Dipolaarinen magneettikenttä tai magneettikentän dipolaarinen komponentti on symmetrinen yhden akselin suhteen, minkä vuoksi magneettinen dipolimomentti yleensä ilmaistaan vektorina, joka on tämän akselin suuntainen.

Kahdenlaisia magnetismin lähteitä

Viime kädessä kaikki magnetismi aiheutuu joko (1) sähkövarauksen liikkeestä kuten sähkövirrasta tai (2) alkeishiukkasen, esimerkiksi elektronin, spinistä.
Liikkuvan varauksen aiheuttama magneettinen momentti voidaan laskea alempana olevien kaavojen avulla. Sen sijaan kunkin alkeishiukkasen sisäinen spinistä aiheuttava magneettinen momentti on vakio, joka voidaan mitata suurella tarkkuudella. Esimerkiksi elektronin spinistä aiheutuva magneettinen momentti on  −9.284764×10⁻²⁴ J/T. Alkeishiukkasen magneettinen momentti on aina yhdensuuntainen sen spinin kanssa. Elektronin magneettinen momentti on negatiivinen, koska se elektronin negatiivisen sähkövarauksen vuoksi osoittaa vastakkaiseen suuntaan kuin elektronin spin.
Jokaisen systeemin magneettinen kokonaismomentti voidaan laskea eri komponenttien vektorisummana. Esimerkiksi vetyatomin magneettinen momentti saadaan laskemalla yhteen protonin ja elektronin sisäiset, spinistä aiheutuvat magneettiset momentit sekä elektronin rataliikkeestä aiheutuva magneettinen momentti.

Magneettiset navat ja analogia sähköisen dipolimomentin kanssa

Magneettista momenttia voidaan havainnollistaa sauvamagneetilla, jossa voidaan käsittää olevan kaksi magneettista napaa. Molemmat navat ovat yhtä voimakkaat mutta vastakkaismerkkiset. Kumpikin napa voidaan käsittää magneettisten voimien lähteeksi, jotka heikkenevät etäisyyden kasvaessa. Koska magneetissa on aina molemmat navat, niiden voimavaikutukset heikentävät toisiaan, koska ne vaikuttavat vastakkaisiin suuntiin. Ne kumoavat toisensa sitä tarkemmin, mitä lähempänä toisiaan ne ovat eli mitä lyhempi sauvamagneetti on. Niinpä magneetin voimakkuus riippuu kahdesta tekijästä: sen napojen voimakkuudesta p ja niiden välisyydestä . Magneetin magneettisen navan voimakkuus määritelläänkin jakamalla sen magneettinen momentti sen napojen välisellä etäisyydellä, tai magneettinen momentti saadaan kertomalla napavoimakkuus napojen etäisyydellä: . Magneettinen momentti on sähköiseen dipolimomenttiin verrattavissa oleva suure. Momentit lasketaan samalla periaatteella, mutta vuorovaikutuksen välittäjä eli magneetti- tai sähkökenttä vain on eri.

Ydinten magneettiset momentit

Atomin ydin on nukleoneista, siis protoneista ja neutroneista koostuva monimutkainen fysikaalinen systeemi. Näiden molempien hiukkaslajien kvanttimekaanisiin ominaisuuksiin kuuluu myös spin. Sen vuoksi ytimilläkin on magneettinen momentti.
Ytimen magneettinen momentti riippuu herkästi kustakin ytimessä olevasta nukleonista. Tämän vuoksi ytimen magneettisen momentin mittauksista voidaan tehdä pitkälle meneviä johtopäätöksiä ydinhiukkasten aaltofunktioista. Asiasta on olemassa monia teoreettisia malleja. Eri ydinlajien magneettisista momenteista on mittaustulosten perusteella laadittu taulukoita.