Fuerzas de la Naturaleza I.

Fuerzas según el Modelo Estándar de la Física de Partículas (MEFP)

Introducción.

En la naturaleza, existen cuatro fuerzas a saber: la fuerza gravitatoria, la fuerza electromagnética,  la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.

Las dos primeras, gravitatoria y electromagnética son de largo alcance, mientras que las fuerzas nucleares son de corto alcance, afectan solamente al núcleo atómico.

Los físicos prefieren denominarlas interacciones. Una interacción consta de una fuerza y de una o varias partículas virtuales portadoras de la fuerza, como se muestra en la tabla de interacciones. Las cuatro interacciones se manifiestan mediante un intercambio de partículas denominadas bosones.

Figura 1.Tabla de interacciones fundamentales. 

La interacción gravitacional y la electromagnética tienen alcance infinito, debido a que las partículas que interaccionan, gravitón y fotón respectivamente, tienen masa nula.

La interacción débil y la fuerte tienen alcance finito, debido a que las partículas que interaccionan tienen masa no nula. Son los bosones vectoriales y gluones.

 Fueza Fuerte. Las partículas portadoras son los gluones

Fuerza Electromagnética. La partícula portadora de es el fotón virtual. Si dos electrones se acercan, se emite un fotón virtual, que no puede ser medido y los electrones se separan. Si tenemos un electrón y un positrón que se están alejando, se emite un fotón virtual y las partículas se acercan. Por lo tanto, el fotón además de ser virtual es inteligente, ya que se sabe cuando el electrón se tiene que acercar o alejar.

Figura 2. Diagrama de Feynman de la interacción electromagnética.

Fuerza Débil.  Las partículas portadoras son los bosones Z, W-, W+,

Fuerza Gravitacional. La partícula portadora es el gravitón (no detectado experimentalmente).

Figura 3. Separación de fuerzas según el modelo actual.

Según el modelo actual, después del Big Bang, las cuatro fuerzas estaban unidas en una sola. Aproximadamente a los 10^-43 s se separa la fuerza gravitatoria. A los 10^-35 s se separa la fuerte, y finalmente a los 10^-12 s se separa la débil de la electromagnética.

Las teorías que intentar unificar la nuclear fuerte con la electrodébil, reciben el nombre de teorías de gran unificación (GTU).

La Relatividad General explica la gravedad, mediante la deformación del continuo espacio-tiempo, pero no explica como la masa deforma el espacio.

La Mecánica Cuántica explica las otras tres, mediante partículas puntuales y virtuales portadoras de fuerza.

En las fuerzas de largo alcance, no aparece la variable tiempo, lo que sugiere que la acción se realiza instantáneamente, es decir a velocidad infinita. A su vez esta velocidad infinita implica que entre los cuerpos que interacciona no exista material alguno. Es decir la velocidad infinita exige la existencia del vacío.

Esta acción a distancia era un problema incluso para el propio Newton:

"El que la gravedad deba ser innata, inherente y esencial a la materia, de modo que un cuerpo pueda actuar sobre otro a distancia, a través del vacío, sin ninguna mediación que permita que su acción y fuerza se puedan trasladarse uno a otro, es para mí un absurdo tan grande, que no creo que ningún hombre dotado de una facultad de pensamiento apta para asuntos filosóficos pueda caer nunca en él. La gravedad tiene que causarla un agente que actúe constantemente de acuerdo con ciertas leyes; pero si este agente es material o inmaterial lo dejo a consideración de mis lectores"[1].

Referencias

[1]Berkovitz, Joseph "Action at a Distance in Quantum Mechanics". In Edward N. Zalta. The Stanford Encyclopedia of Philosophy (2008 ).