Gràcies al camp magnètic de la Terra, una brúixola apunta cap al nord. Una pregunta habitual és cap on apuntaria una brúixola situada al pol nord o al pol sud. Un dubte relacionat amb la nostra tendència a oblidar que el món no és pla sinó tridimensional. Als pols, la brúixola es disposaria seguint les línies del camp magnètic, de manera que apuntaria gairebé en vertical cap a terra.

En el fons una brúixola només és una agulla magnetitzada, però això del magnetisme és curiós, ja que no tots els materials ho presenten. Podem imantar el ferro, però no la fusta o el vidre. A més, hi ha materials que sempre actuen com un imant, mentre que altres poden imantar-se temporalment, però després s’esvaeix aquest efecte. Com que el ferro va ser el primer element que vàrem tenir clar que tenia aquesta propietat, es va acabar anomenant “ferromagnetisme“.

El secret es troba en una de les propietats dels electrons anomenada espín (o spin). En realitat és una característica quàntica, cosa que vol dir que no tenim manera d’entendre-la amb exemples macroscòpics, però sovint es fa una similitud amb un gir. Un objecte pot girar en dues direccions oposades. Cap a la dreta o cap a l’esquerra. Això faria que tingués dos (i només dos) valors possibles lligats al gir. Girar a la dreta li podem dir 1 i girar a l’esquerra li podem dir -1.

Doncs amb els electrons això de l’spin podria semblar-s’hi i ens resulta fàcil imaginar-los com boles que giren en un sentit o l’altre, de manera que poden tenir un de dos valors d’spin. L’analogia és tan bona que solem oblidar que només és una metàfora, però funciona tan bé que al final tots la tenim al cap.

El cas és que segons sigui l’spin d’un electró es genera un petit camp magnètic, que anirà en una direcció o en l’oposada segons quin sigui el seu spin. Saltant-nos molts detalls, podem imaginar un material imantat com aquell en el que els spins dels electrons dels seus àtoms estan gairebé tots apuntant en la mateixa direcció. Encara que cada electró generi un increïblement petit camp magnètic, si tots estan ordenats de la mateixa manera, els seus efectes es van sumant i al final acaba sent perceptible en forma d’un imant que queda enganxat a la nevera o una agulla que marca el nord.

Aquest ordre no el tenen tots els elements. El ferro, el níquel o el cobalt presenten aquesta característica, però en altres els electrons es posen mirant en qualsevol direcció o encara pitjor, aparellats de dos en dos anul·lant-se l’efecte mútuament, de manera que no es genera cap camp magnètic general.

Una de les curiositats dels imants és que si els talles per la meitat, no tens un pol nord i un pol sud separats, sinó que tens dos imants més petits, cadascun amb el seu pol nord i pol sud. El motiu és evident si penses en una pila d’electrons ordenats apuntant en la mateixa direcció. Si ho separes en dues meitats, seguiràs tenint els electrons ordenats en cada una de les meitats, de manera que sempre es mantenen els dos pols a cada fragment.