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2 fuerzas fundamentales, energía nuclear fuerte y débil

2 fuerzas fundamentales, energía nuclear fuerte y débil

La física cuántica, la vida dentro de las partículas.

Oscar Fernandez
Oscar Fernandez
6 minutos de lectura

En artículos anteriores hablamos de la gravedad y del electromagnetismo, dos de cuatro de las fuerzas fundamentales y para seguir introduciéndonos en este mundo cuántico hoy te presentare las que nos restan por explicar.

De nuevo acompáñame, a un nuevo mundo, donde sin imaginación, sin curiosidad y ganas de divertirte, soñando, no te aconsejo que entres.

Fuerzas nucleares

-La verdad Oscar, hasta que no comenzamos a hablar de todo el mundo cuántico no me imaginaba que había varios tipos de fuerzas nucleares.

Está claro que sencillo no es, piensa que para entender cómo funciona el universo utilizamos esa parte nuestra, tan esencial y que nos diferencia de otros seres, la imaginación.

Tanto la gravedad como el electromagnetismo son fuerzas que no son muy difíciles de entender o al menos son más entendibles, una de la diferencia es que esas dos fuerzas la gravedad y el electromagnetismo tienen alcance infinito al contrario que las fuerzas nucleares, pero son igual de necesarias para poder entender que forman y fijan la materia en sí.

En este caso la fuerza nuclear fuerte pertenece al modelo estándar como el resto de las fuerzas y en si es la responsable de mantener unidos a los protones y neutrones que conviven en el llamado núcleo atómico y nos explica cómo actúan las fuerzas entre partículas (una partícula subatómica es aquella que es más pequeña que el átomo)

- Pero ¿realmente que es lo que hace esa fuerza y como se ha descubierto?

Como de costumbre haces muy buenas preguntas, intentare explicarlo lo más simple posible, su descubrimiento se debe sobre todo a la lógica y fue en el S.XX donde llegaron a su deducción, aunque no podamos verla actuar directamente.

Me explico, como ya sabemos que es electromagnetismo, comprendemos que las cargas de signos opuestos se atraen y de mismo signo se repelen.

Imagen cargas positivas y negativas

Pero en el núcleo de un átomo existen los protones que como sabes son de carga positiva y los neutrones de carga neutra, si recuerdas los elementos de la tabla periódica están formados por átomos con diferente número, lo que pensaron los científicos es que en ese caso los protones al estar tan cerca deberían salir despedidos ya que son de la misma carga.

De esta forma se dieron cuenta de que existía "algo" que les permite estar unidos y ese algo está claro que es más fuerte que el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte.

Ya que estamos hablando de partículas subatómicas, comprendemos que la distancia donde actúa es por decirlo de alguna manera, diminuta, bueno me he quedado algo corto, es una milbillonésima parte del metro, también llamada femtómetro.

-Me parece tan increíble, algo tan pequeño y que supera la fuerza del electromagnetismo.

La verdad me imagino a los profesores del S.XX dando clases, de el magnetismo y sus propiedades, cuando llega la hora de explicar los protones los coloca juntos en su núcleo, claro fue en ese momento que se dieron cuenta a la hora de analizar los campos, que algo debía mantenerlos unidos, a los protones me refiero.

A mitad del S.XX los científicos comienzan a estudiar esta fuerza, la fuerza fuerte, se dan cuenta de que su radio de acción como hemos dicho es tan pequeño que sus otros amigos átomos al lado suyo no la sienten, para que te hagas una idea es como si vivieras al lado de un estudio de música Heavy, pero al estar insonorizada no te afectara el sonido para nada.

Esta fuerza solamente la sienten unas partículas en este caso en el núcleo si hablamos de los protones y neutrones, lo único fue que al estudiarla más de cerca se dieron cuenta de lo complicada que es.

Al parecer estudiando esta fuerza descubrieron que los protones y neutrones a su vez están formados por partículas llamadas quarks, (visto en anteriores artículos) y nos introduce en una teoría cuántica de campos "la cromodinámica cuántica"

-Venga... más nombres raros, una pequeña aclaración, por favor.

Claro, en si nos cuenta que los quarks de los nucleones se mantienen unidos a través del intercambio de gluones, estos gluones son similares a los fotones de la fuerza electromagnética, la diferencia es que los fotones no tienen ningún tipo de carga y los gluones si la tienen y es la famosa "carga de color".

Intentándolo resumir, los científicos se dieron cuenta de que los protones y neutrones de un átomo están formadas en su interior por 3 partículas más pequeñas los quarks.

- Pero ¿siempre son 3 quarks? quiero decir, ¿no hay de 1 o de 2 o más, de 4?

Bueno a esa pregunta te contestare que, de momento, se han encontrado que lo forman en grupos de 2, llamados mesones y de grupos de 3, llamados bariones y de aquí salió la "carga de color" cada quark tiene su propia carga y solo pueden existir partículas de materia donde esta propiedad este compensada en grupo de dos o de tres.

Los quarks se dividen en mesones y bariones
Ilustración de los quarks y su carga de color

Se llaman color por su similitud con la analogía del color, si uno es rojo el otro es verde y el ultimo azul y juntos forman un blanco, se compensan, siempre están compensados y se forma la partícula llamada barión.

También existen los mesones, que es una combinación entre un quark y un antiquark, se hace cogiendo un quark con un color por ejemplo verde y un antiquark con un anti-color que sería el antiverde, el resultado al final también se compensaría y formaría un mesón, siempre se compensa.

-Y dime, ¿qué pasaría si rompo por la mitad un quark?

Supongo que alguna vez has roto un imán, ¿verdad que al romperlo vuelves a obtener de cada trozo un imán con su polo positivo y su polo negativo?, pues pasaría lo mismo, su fuerza es tan fuerte que al separarlo se crearía otro quark, no pueden existir un quark suelto necesitaría de otro para poder compensar su carga, a este fenómeno se le llama "el confinamiento de los quarks".

Fuerza nuclear débil

Aunque recibe el nombre de débil esta fuerza es la que permite que la vida sea tal y como la conocemos, realmente se le denomina débil por su comparación con la fuerza electromagnética y con la fuerte, supongamos que la fuerza nuclear débil tenga el valor de 1, en ese caso la fuerza electromagnética le daríamos el valor de 1000 y la fuerte de 100.000.000.000.000.

No obstante, la fuerza débil es la responsable de fenómenos naturales como es la desintegración radiactiva.

Piensa que, aunque se llame débil a corta distancia, es decir dentro de su campo de influencia es más fuerte que la gravedad, gracias a esta fuerza existen las estrellas, incluida nuestro sol, ya que es, esta fuerza la que permite que las partículas se puedan transformar en otras partículas, como ocurre en el interior de las estrellas.

En realidad, la fusión es un proceso muy sencillo en el cual dos átomos de hidrógeno se juntan creando en ese proceso una molécula de hidrógeno, lo que pasa es que la fuerza de la gravedad es tan, pero tan grande, que fusionan sus núcleos formando un átomo de helio cuando esto ocurre se libera el plasma, una gran cantidad de energía y energía limpia, un Sol.

-Madre mía yo pensaba que esto era más sencillo y cada vez que quiero saber más, más liado se pone, pero la verdad me gusta saber el por qué pasan las cosas, así que es la débil la responsable del buen día que hace hoy, curioso y divertido.

Si, pues para muestra un botón, ya verás cómo lo siguiente te hace explotar el cerebro, la fuerza débil también afecta a los quarks, interactúa no en su color, si no en su sabor, al igual que su color los quarks están clasificados por sabores.

Piensa que como su interacción están pequeña su resultado es que el sol quema su combustible lentamente y es, ese dato el más importante, dio tiempo a nuestro planeta a su desarrollo, sin la fuerza nuclear débil no hubiéramos tenido la oportunidad de desarrollarnos como especie pues la tierra no existiría.

-Ves a lo que me refería, si pensamos que posibilidades teníamos en el universo para existir te puede explotar el cerebro, cada vez que aprendemos algo el universo crece mucho más y hasta me da la sensación de miedo, ¡existimos por movimientos de partículas a nivel cuántico!

De momento aparcamos aquí, próximo día más y mejor, 😉