Interacciones fundamentales

Cuadro explicativo de las 4 fuerzas fundamentales.

En física, se denominan interacciones fundamentales los cuatro tipos de campos cuánticos mediante los cuales interactúan las partículas [ cita requerida]. Según el modelo estándar, las partículas que interaccionan con las partículas materiales, fermiones, son los bosones.

Existen 4 tipos de interacciones fundamentales: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria. Casi toda la historia de la física moderna se ha centrado en la unificación de estas interacciones, y hasta ahora la interacción débil y la electromagnética se han podido unificar en la interacción electrodébil.[1] En cambio, la unificación de la fuerte con la electrodébil es el motivo de toda la teoría de la gran unificación. Y finalmente, la teoría del todo involucraría esta interacción electronuclear[ cita requerida] con la gravedad.

La comunidad científica prefiere el nombre de interacciones fundamentales al de fuerzas debido a que con ese término se pueden referir tanto a las fuerzas como a los decaimientos que afectan a una partícula dada.[2]

Las cuatro interacciones fundamentales[3]
Propiedad/Interacción Gravitatoria Débil Electromagnética Fuerte
(Electrodébil) Fundamental Residual
Actúa sobre: Masa - Energía Sabor Carga eléctrica Carga de color Núcleos atómicos
Partículas que la experimentan: Todas Quarks, leptones con carga eléctrica Quarks, Gluones Hadrones
Partículas mediadoras: Ninguna
Gravitón (conjeturado)
W+ W Z0 γ Gluones Mesones
Magnitud (a la escala de los quarks): 10-41 10-4 1 1060 No aplicable
a los quarks
Magnitud (a la escala de los protones): 10-36 10-7 1 No aplicable
a los hadrones
1020

Historia

La historia de la física ha ido acompañada de la idea de unificación[ cita requerida], de encontrar un conjunto de leyes simples que describan el universo. Galileo hizo una completa descripción de los efectos de la gravedad en la Tierra[ cita requerida] y Kepler describió por primera vez el movimiento planetario. Para ese momento se creía que ambos fenómenos eran distantes hasta que Isaac Newton en su Principia de 1678 los describió bajo el mismo concepto, la fuerza gravitatoria.

Por otro lado, antes del siglo XIX, varios científicos como Gray, Priestley, Coulomb y Volta habían ya descrito casi en su totalidad el fenómeno eléctrico. En 1820, Ørsted fue el primero en descubrir perturbaciones magnéticas cercanas a corrientes eléctricas. A partir de este descubrimiento los experimentos no cesaron hasta que finalmente Maxwell en 1861 fue el primero en derivar una ecuación de onda electromagnética,[4] quedando unificados estos otros dos fenómenos en el electromagnetismo[ cita requerida].

Con el desarrollo de la mecánica cuántica se descubrieron dos tipos más de fuerzas a las que no se las podía incluir en las dos ya existentes, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Con el posterior desarrollo del modelo estándar se encontró a las partículas portadoras de dichas fuerzas, los bosones[ cita requerida]. Los científicos prefieren el término de interacción al de fuerza debido a que se piensa en las fuerzas como interacciones entre bosones, además de que la desintegración beta es causada por bosones W y Z de la interacción débil y ésta no es debida a la presencia de los bosones.[2]

Hasta que en 1960, Glashow, Salam y Weinberg postularon que la fuerza nuclear débil podía unificarse a la electromagnética en una sola interacción electrodébil. Estas dos interacciones a bajas energías parecen dos diferentes tipos de interacciones pero a temperaturas tan altas como las del big bang éstas corresponden a una sola[ Aclaración requerida].

En cuanto a la interacción fuerte, ésta y la electrodébil coexisten en el modelo estándar sin problemas pero se espera que las tres interacciones cuánticas puedan unificarse en una interacción electronuclear[ cita requerida]. Finalmente se cree [ ¿quién?]que una unificación total abarcaría a las cuatro interacciones pero hasta el momento no se ha encontrado una teoría contundente.

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