En mecánica cuántica las partículas experimentan fuerzas de interacción entre ellas. Cada partícula elemental, como un electrón o un quarks emite una partícula portadora de fuerza, que colisiona con otra partícula material y es absorbida por ella. Si en la emisión de la partícula portadora de fuerza la partícula material que la emite cambia de velocidad por el retroceso experimentado en la emisión, también la partícula que la absorbe ve modificada su velocidad.
Dado que las partículas portadoras de fuerza no obedecen al principio de exclusión de Pauli, puede existir un número enorme de partículas intercambiables, con lo que se podrían producir una serie de fuerzas de interacción muy potentes.
Según la intensidad de la fuerza y del tipo de partículas implicadas, cabe distinguir cuatro tipos:
Es la fuerza experimentada por las partículas y, en general, por todos los cuerpos, por el simple hecho de poseer masa o energía. Es la más débil de las cuatro y se caracteriza por su gran alcance y porque siempre es atractiva. En mecánica cuántica se representa por una partícula de espín 2, que se llama gravitrón, y que no posee masa propia. Así, por ejemplo, la fuerza gravitatoria entre la Tierra y el Sol se entiende como un intercambio de gravitrones entre los dos cuerpos, más concretamente entre las partículas que los forman.
FUERZA ELECTROMAGNÉTICA
Es la experimentada por las partículas cargadas eléctricamente y resulta muchísimo más intensa que la gravitatoria. Como la fuerza eléctrica entre dos cuerpos se traduce en mecánica cuántica en la atracción o repulsión entre las partículas que los componen, en general se anulan las fuerzas atractivas con las repulsivas, y el efecto es un cuerpo en estado neutro. Si no se anulan por completo, casi llegan a hacerlo, por lo que el resultado es una fuerza electromagnética neta muy débil. No obstante, dominan a distancias muy pequeñas, como es el caso de los átomos y moléculas.
La fuerza de atracción eléctrica entre los protones del núcleo y los electrones de la corteza hace que éstos giren describiendo órbitas alrededor del núcleo del átomo.
El fotón es la partícula elemental que representa este tipo de fuerza, que se entiende como un intercambio de esta clase de partículas.
Es la que mantiene unidos a los quarks en el protón y el neutrón, y a éstos en el núcleo del átomo. Se piensa que es transmitida por otra partícula, llamada gluón, que sólo interacciona con los quarks y consigo misma. Para energías normales esta fuerza es muy intensa pero a altas energías se debilita, de manera que los quarks y los gluones se comportan como partículas casi libres.
FUERZA NUCLEAR DÉBIL
En 1967 Salam y Weimberg propusieron una teoría para unificar esta fuerza con la electromagnética, y sugirieron la existencia de otras tres partículas de espín 1 además del fotón: los denominados bosones. Según esta hipótesis, para grandes energías (superiores a 100 GeV) los tres bosones y el fotón se comportarían de forma similar pero a energías más bajas los bosones adquirirían una gran masa y la fuerza que transmitirían sería de corto alcance. Esta teoría fue comprobada y ratificada más tarde, cuando se construyeron potentes aceleradores de partículas, capaces de alcanzar energías tan grandes. Las tres partículas compañeras del fotón fueron definitivamente identificadas en 1983, en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).
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