LAS FUERZAS FUNDAMENTALES DEL UNIVERSO

El universo que conocemos está gobernado por 4 fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil, y la fuerza nuclear fuerte.

GRAVEDAD

La gravedad es la fuerza más desconcertante de todas, podrá parecer extraño, considerando que la gravedad fue la primera fuerza fundamental que logramos identificar. Sin embargo, múltiples observaciones demuestran que las ecuaciones que tenemos y lo que entendemos de la gravedad no es suficiente para explicar su funcionamiento.

Como bien sabemos, la gravedad es responsable de atraer objetos con gran masa, sin importar su carga eléctrica. A pesar de esto, la gravedad es la fuerza fundamental más débil, de hecho, la fuerza electromagnética es millones de veces más fuerte.

Por ejemplo: ¿Por qué si un sujeto decide tirarse de un edificio alto, al llegar al suelo no lo traspasa hasta llegar al núcleo de la tierra? Esto se debe a que, a pesar de que la gravedad está ejerciendo una fuerza, la fuerza electromagnética, siendo mucho más fuerte, no lo permite.

Si la gravedad fuese remotamente parecida a las otras 3 fuerzas, probablemente tendríamos un universo con millones de agujeros negros, en donde ni las estrellas, ni nosotros existiríamos. Por lo tanto, es conveniente que la gravedad actúe como actúa, aunque no deja de ser intrigante.

La gravedad comparte ciertas propiedades con el electromagnetismo, aunque al contrario del electromagnetismo, la gravedad sólo es capaz de atraer objetos y no repelerlos. Einstein mostró un modelo de la gravedad, conocido como la curvatura del espacio-tiempo, que es actualmente el modelo más satisfactorio que tenemos de la gravedad. Sin embargo, la gravedad parece no encajar con el mundo cuántico. El modelo estándar unificó exitosamente las 3 fuerzas fundamentales, pero la gravedad quedó aislada. Actualmente, se cree que la gravedad tiene un bosón de gauge, el gravitón, que despejaría algunos de los fenómenos de la gravedad; sin embargo, esto continúa siendo hipotético.

ELECTROMAGNETISMO

Antiguamente los científicos observaron que la electricidad y el magnetismo se podían intercambiar. Sin embargo, fue James Maxwell quien describió y unificó la electricidad con el magnetismo en tan solo 4 ecuaciones.

Maxwell no tardó en darse cuenta que las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad de la luz, por lo tanto, la partícula portadora del electromagnetismo es el fotón. El electromagnetismo es la fuerza que actúa sobre objetos con carga eléctrica, y es de vital importancia ya que une los iones cargados para formar moléculas y otros compuestos químicos. Esta fuerza es millones de veces más fuerte que la gravedad, y al igual que ella, es una fuerza de largo alcance. A diferencia de la gravedad, la fuerza electromagnética es capaz repeler al igual que atraer objetos con carga eléctrica.

Existen partículas que no interactúan con el electromagnetismo, como los neutrinos, los cuales, al no poseer carga eléctrica, no se ven afectados por el electromagnetismo.

FUERZA NUCLEAR DÉBIL

La fuerza nuclear débil es la fuerza que permite que los protones se conviertan en neutrones, emitiendo radiación en el proceso. Igualmente, es la responsable de las diferentes reacciones nucleares que ocurren en las estrellas. Sin la fuerza nuclear débil no existiríamos, y todo sería una gran nube de polvo.

A diferencia de la gravedad y el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil es de corto alcance, ya que a mayor distancia la fuerza es nula. Los bosones de gauge de esta fuerza son: el Bosón W±, y el Bosón Z con carga 0. La fuerza débil posee una condición única llamada cambio de sabor.

Desintegración Beta

Por ejemplo: Si un neutrón, el cual contiene más masa que un protón, trata de decaer en un protón, no puede hacerlo sin antes cambiar el sabor del quark del protón. En este proceso, el quark down del neutrón se transforma en un quark up, emitiendo un Bosón W, que luego se rompe en un electrón altamente energético (radiación beta) y un antineutrino. Este proceso es llamado Desintegración Beta.

FUERZA NUCLEAR FUERTE

La fuerza nuclear fuerte es la responsable de mantener a los quarks unidos creando a los hadrones. Esta fuerza es mucho más compleja.

La propiedad de carga responsable por la fuerza entre quarks tiene 3 estados diferentes, no 2 como la carga positiva y negativa del electromagnetismo. A estas tres cargas se les llama carga de color (rojo, azul, y verde), y es una propiedad única de la fuerza nuclear fuerte.

La teoría de quarks se llama Cromodinámica Quántica (QCD). Pero no se confundan, todas las partículas observadas son incoloras, es decir, su color no es visible, la carga de color es utilizada únicamente como referencia para distinguir su tipo de carga. Al igual que las cargas eléctricas en donde la suma de un positivo y un negativo es cero o neutra; la suma de los tres colores es blanca.

Por ejemplo: Un barión contiene 3 quarks, que contienen 3 colores diferentes (rojo, azul, verde), que suma blanco.

Un mesón contiene un quark y un antiquark, por lo tanto, sus colores son: rojo y anti-rojo, ó azul y anti-azul, ó verde y anti-verde, cuya suma es blanco igualmente.

La fuerza nuclear fuerte también tiene su propio bosón de gauge, de hecho, tiene 8. Ocho tipos diferentes de gluón que portan la fuerza de color. A diferencia de las otras fuerzas, los gluones tienen una propiedad de color e interaccionan entre sí. Cuando dos quarks interaccionan intercambian de gluón, y cambian de color.