Las fuerzas en la naturaleza son solo 4

¿Qué es una fuerza? Si ponemos dos cargas eléctricas próximas, sobre ellas existe una fuerza que tiende a separarlas o acercarlas. De la misma manera cuando clocamos un objeto a cierta altura, sobre este la tierra ejerce una cierta fuerza atrayéndolo, por eso se cae. ¿Qué es lo que transfiere esa fuerza desde un cuerpo al otro?, ¿cómo sabe un cuerpo o una carga de la existencia del otro/a? Decimos que la carga eléctrica esta rodeada por un campo eléctrico o electromagnético, que influye sobre la segunda carga. También hablamos que la tierra genera un campo gravitatorio o gravitacional que ejerce una fuerza sobre los cuerpos suspendidos a cierta altura. Pero esta idea de campo es una abstracción matemática, dado que finalmente un campo en un punto esta definido por la fuerza que en dicho punto actúa sobre una partícula de referencia tal como habíamos explicado anteriormente. Esta definición matemática no contesta la pregunta ¿que transfiere la fuerza de un objeto al otro?. En el siglo XX esta pregunta recibió la siguiente respuesta: la fuerza es transmitida o transportada por partículas, que según sea gravitatoria o eléctrica, la partícula será diferente. Los cuerpos cargados, se transmiten la fuerza electromagnética a través del intercambio de fotones. Es así que una partícula cargada emite un fotón que es absorbido por otra partícula cargada, y así se transmite el momento de una a otra, lo cual es lo mismo que decir que entre ambas se ejerce una fuerza. Pensemos en la analogía de dos personas tirando una pelota. Cada vez que una de estas personas atrapa la pelota que la otra arrojo, siente que es empujada hacia atrás es decir en la dirección que traía la pelota. Esta analogía sirve para entender el rechazo entre dos cargas de igual signo. Según esta teoría, también el efecto de la fuerza gravitatoria, se transmite por partículas denominadas gravitones, a pesar de que las mismas no han sido detectadas experimentalmente.

Bien hasta ahora nombramos dos tipos de fuerza, la electromagnética y la gravitatoria, porque ambas afectan nuestra vida diaria, estamos acostumbrados a sus efectos.

En la física clásica se entendía por fuerza aquello capaz de influir sobre el movimiento de un cuerpo o de alterar su forma. Cuando los científicos entraron al micromundo de las partículas, a la fuerza se la comenzó a entender como la causa de todo cambio, reacción, creación o desintegración. Dado que los roles desempeñados por las fuerzas en la física moderna son distintos a los tradicionales de la física clásica, se comenzó  a hablar de las interacciones básicas como sinónimo de los que los clásicos conocían como fuerzas. Estas interacciones básicas son 4:

• Gravitatoria.

• Electromagnética.

• Débil.

• Fuerte.

Veamos el significado de las dos que aun no conocemos:

Interacción o fuerza débil: No es posible entenderla en términos corrientes, es la fuerza causante de ciertos fenómenos en los átomos, tal como la conversión de un neutrón en un protón y viceversa, lo que se denomina desintegración beta, la desintegración de un pion en un muon y la de este en un  electrón. En todas estas se emite un neutrino, las cuales son las únicas partículas conocidas sobre las que puede actuar la fuerza débil. Esta fuerza si bien es mas fuerte que la de gravedad, es mucho más débil que la electromagnética y la fuerza fuerte, y tiene un rango o alcance de su influencia que no supera los 10^-16 cm. Las partículas (bosones) que transmiten esta fuerza débil son tres W⁺, W^- y Z⁰ .

Interacción o fuerza fuerte: ¿por qué los protones que son todos positivos no se rechazan entre sí en el interior del núcleo del átomo provocando el estallido del mismo? Por que existe una fuerza más poderosa que la electromagnética de repulsión que los mantiene unidos. La existencia de los neutrones en los núcleos tiende a facilitar la interacción fuerte impidiendo el decaimiento espontáneo de los núcleos, sobre todo de aquellos con gran cantidad de protones Esta es la denominada fuerza o interacción fuerte.

La comprensión de la fuerza fuerte entre los nucleones (protones y neutrones) solo será posible a partir de la comprensión de las fuerzas cromódinámicas que actuan dentro de cada nucleón entre los quarks. La fuerza fuerte es como el efecto residual de la fuerza fuerte por excelencia que es la cromodinámica.

Es interesante conocer cual es la relación de intensidad que existe entre estas fuerzas:

Tomando como base 1 para la fuerza fuerte, que es la más poderosa de las cuatro, la que le sigue es la electromagnética cuya fuerza relativa es 10^-2, luego la fuerza débil con 10^-13, y por ultimo la fuerza de gravedad con una fuerza relativa a la fuerte de 10^-38. Los rangos de actuación en el espacio de cada una de estas fuerzas, son los que hacen que dos de ellas no se perciban por los sentidos dado que actuan a nivel atómico. Tanto la gravitatoria como la electromagnética tiene un rango infinito de influencia, disminuyendo su intensidad con la distancia. La fuerza fuerte actúa en un rango de 10^-13 cm, mientras que la débil 10^-16 cm.

( Última modificación: 12 de octubre de 2001)

--- La física cuántica  casi sin ecuaciones  ---