Como hemos visto en otras ocasiones, existen 4 fuerzas fundamentales para la física actual. Estas fuerzas en la naturaleza son:
- La fuerza de la gravedad: la mas débil, siempre es atractiva, nunca repulsiva. Además es de largo alcance, pues los cuerpos se atraen a grandes distancias. Su partícula portadora es el graviton.
- La fuerza electromagnética: es repulsiva y atractiva, más intensa y de menor alcance. Fue unificada hace siglo y medio por Maxwell, ya que antes se conocían independientes como fuerza eléctrica y magnética por separadas. Su partícula portadora de fuerza es el foton.
- La fuerza nuclear débil: es responsable de la radiactividad. Sus partículas portadoras son los bosones vectoriales de gran masa. Ya esta última fue unificada con la fuerza electromagnética, cuya unificación dio resultado a la fuerza electrodebil.
- La fuerza nuclear fuerte: es la más intensa, su partícula portadora de fuerza es el gluon.
Pero aún no se ha podido unificar la fuerza nuclear fuerte con las otras, pues la energía que se requiere para lograrlo es tan intensa que se necesitaría un acelerador de partículas tan potente que sería aun más grande que la fuerza del sistema solar. Igual cabe destacar que en teoría es posible, pues las fuerzas anteriores se hacen intensas a mayor energía, en tanto la fuerza fuerte, a mayor energía se debilita.
Si se suministra energía a todas estas partículas, la fuerza electro débil aumenta de intensidad, y la nuclear fuerte reduce su intensidad, así se tendría una unificación más, pues llegaría un valor energético que seria común a todas.
Tratando de explicar otros fenómenos que surgen de ella, es que a continuación hablaremos un poco de las propiedades de la fuerza nuclear fuerte.
El modelo atómico propuesto por Ernest Rutherford predecía que los protones estaban agrupados en el núcleo atómico. Aunque en su modelo original no aparecía el neutrón, hoy sigue siendo incuestionable. Esto no representaba ningún problema, puesto que los neutrones no tienen carga, solo que, como no se conocía la interaccion nuclear fuerte, los físicos no comprendían cómo teniendo igual carga, los protones no se repelían, desobedeciendo la ley de Coulomb.
La respuesta llegó con la aparición de la fuerza fuerte, la cual predomina sobre la anterior.
Las partículas del núcleo del átomo, protones y neutrones, están compuestas por otras llamadas quark.
Existen seis tipos diferentes de quarks (arriba, abajo, extraño, encanto, fondo y cima).
El protón se compone de dos quark arriba y uno abajo. El neutron de dos quark abajo y uno arriba.
La cromo dinámica cuántica
Es la teoría que corresponde a la interacción nuclear fuerte, la cual posee dos propiedades:
Una confina a los quark de manera que no pueden estar libres en unidades independientes.
Ya que la fuerza que los confina es muy intensa y aumenta con la distancia, es necesario acercarlos para reducir la fuerza que los liga, por lo que se necesita grandes cantidades de energía para vencer esta fuerza y reducirla.
Este decrecimiento las libera un poco, y como la interacción que los une es muy intensa, es necesario impartirles enorme cantidad de energía, tanto que tienda al infinito cuando la distancia que los separa tiende a cero.
Así la distancia de separación en función de la fuerza aplicada, tiene un comportamiento asintótico.
Confinamiento de Quarks
Es una condición extraña que mantiene unidos a las partícula como los quarks, de forma tal que siempre se mantengan vinculados en un trío, formando un neutrón o un protón y que hace que la combinación de estos no tengan ningún color, puesto que un solo quarks tendría color, lo que no es posible.
Por esta razón un quark rojo, debe juntarse con un quarks verde y uno azul, a través de una cuerda de partícula llamada gluones.
La combinación de los tres colores de quark, conforman el Blanco, y en física de partícula el blanco es de color nulo.
Confinamiento de gluones
El confinamientotambién afecta a los gluones pues estos tampoco pueden aparecer aislado ya que tendrían color, por esto los gluones deben juntarse para que el resultado sea blanco, el cual se denomina bola de gluones.
El gluon es la particula portadora de fuerza de los quark.
Relación de proporción directa entre fuerza-distancia
Siempre que se trata de separar a los quarks para obtenerlos de modo individual, ocurre que la fuerza atractiva entre ellos, se hace más intensa y se reduce cuando la distancia entre ellos disminuye, muy por el contrario a las fuerzas electromagnéticas y la gravedad, que disminuye cuando aumenta la distancia entre las cargas y las masas, respectivamente, y aumenta al reducirse la distancia de separación entre las mismas.
El color de los quarks y gluones
La luz blanca está compuesta de un espectro de diferentes colores, y cada color depende de su longitud de onda correspondiente. Como el quark es también una onda, su longitud de onda es menor que la longitud de onda de cualquier color, por lo que nunca podremos llegar a ver un quark. De este modo, cuando se habla del color verde, azul, rojo etc., para la partículas como el quark y el gluon, se trata solo de un artificio para manejarlas.
Libertad asintótica
La libertad asintótica hace que queden definidos los conceptos de quark y gluon. El asunto es de la siguiente manera: La fuerza nuclear fuerte es muy intensa a energías normales, y une a los quarks entre sí fuertemente, pero a altas energías la interacción fuerte se hace menos intensa.
Así, los quarks se comportan como partículas libres.
Conclusiones
Dada la intensidad de la fuerza atractiva de la interaccion nuclear fuerte, se necesitan enormes cantidades de energía para reducirla y liberar un tanto estas partículas. Pero sería necesaria una cantidad infinita para separarlos completamente, reduciendo la distancia de separación a cero.
Y como no es posible disponer de energías infinitas, no es posible reducir la distancia de separación a cero, de manera que la libertad se vuelve asintótica.
