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Gravedad vs. Fuerza Eléctrica | Electromagnetismo (1)

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En la década de 1960 los físicos elaboraron una teoría que describe las interacciones electromagnética y débil, como aspectos de una sola interacción electrodébil. Esta teoría ha superado todas las pruebas experimentales a las que se ha sometido, lo cual motivó a los físicos a realizar intentos similares que describan las interacciones fuerte, electromagnética y débil dentro de una sola gran teoría unificada (GUT), y se han dado ciertos pasos hacia una posible unificación de todas las interacciones en una teoría de todo (TOE). Tales teorías aún son especulativas, y hay muchas preguntas sin respuesta en este campo de investigación tan activo.

La teoría de la gran unificación intenta unir en un único marco teórico las interacciones nuclear fuerte y nuclear débil, y la fuerza electromagnética. Esta teoría de campo unificado se halla todavía en proceso de ser comprobada. La teoría del todo es otra teoría de campo unificado que pretende proporcionar una descripción unificada de las cuatro fuerzas fundamentales.

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Es la interacción que mantiene unido el núcleo de un átomo. Los núcleos contienen neutrones (eléctricamente neutros) y protones (con carga positiva). La fuerza eléctrica entre protones hace que se repelan mutuamente; la enorme fuerza de atracción entre las partículas nucleares contrarresta esta repulsión y mantiene el núcleo estable. En este contexto, la interacción fuerte también se denomina fuerza nuclear fuerte; tiene un alcance mucho menor que las interacciones eléctricas, pero es mucho más fuerte dentro de ese alcance. La interacción fuerte juega un papel fundamental en las reacciones termonucleares que ocurren en el núcleo del Sol, y que generan el calor y su luz. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.

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Fuerza nuclear fuerte y Fuerza nuclear débil

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Fuerza nuclear fuerte y Fuerza nuclear débil

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Hoy, la mejor candidata a convertirse en una teoría del todo es la teoría de supercuerdas. Esta teoría física considera los componentes fundamentales de la materia no como puntos matemáticos, sino como entidades unidimensionales llamadas "cuerdas". Incorpora la teoría matemática de supersimetría, que sugiere que todos los tipos de partícula conocidos deben tener una "compañera supersimétrica", la mayoría todavía no descubiertas.

Esto no significa que exista una compañera para cada partícula individual (por ejemplo, para cada electrón), sino un tipo de partícula asociado a cada tipo conocido de partícula. La partícula hipotética correspondiente al electrón sería el selectrón, por ejemplo, y la correspondiente al fotón sería el fotino.

Esta combinación de la teoría de cuerdas y la supersimetría es el origen del nombre de "supercuerdas"

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Es la interacción cuyo alcance es tan pequeño que es relevante sólo a una escala de núcleo o menor. La interacción débil causa una forma común de radioactividad, llamada desintegración beta, en la que un neutrón de un núcleo radioactivo se transforma en protón al tiempo que expulsa un electrón y una partícula casi sin masa, llamada antineutrino electrónico. La interacción débil entre un antineutrino y la materia ordinaria es tan tenue que el antineutrino fácilmente podría atravesar una pared de plomo ¡de un millón de kilómetros de espesor! Incluso cuando una estrella gigante sufrió una explosión cataclísmica llamada supernova, la mayoría de la energía fue liberada mediante la interacción débil. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.

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Es la fuerza de atracción que una porción de materia ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos. Su intensidad es mínima entre las partículas que intervienen en los procesos atómicos, pero es esencial a gran escala porque su alcance es infinito, aunque decrece de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, según la ley de Newton. Su importancia reside en que siempre es atractiva, aumentando con el número de partículas en juego. Es la fuerza preponderante a escala macroscópica, a pesar de que se trata de la más débil de todas las interacciones.
La gravedad no es técnicamente parte del modelo estándar de la física de partículas, porque aún no se ha encontrado una partícula relacionada con esta fuerza, además, nadie ha logrado hacer un modelo matemático compatible entre la gravedad y las otras fuerzas; sin embargo, aun así, se asume que el gravitón es el bosón de esta fuerza. Se cree que esta partícula no tendría masa ni carga eléctrica y que viajaría por el espacio a la velocidad de la luz.

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La fuerza electromagnética, también llamada fuerza de Lorentz, actúa entre partículas cargadas, como electrones cargados negativamente y protones cargados positivamente. Las cargas opuestas se atraen entre sí, mientras que las cargas iguales se repelen. Cuanto mayor sea la carga, mayor será la fuerza. Y al igual que la gravedad, esta fuerza se puede sentir desde una distancia infinita (aunque la fuerza sería muy, muy pequeña a esa distancia).

Como su nombre lo indica, la fuerza electromagnética consta de dos partes: la fuerza eléctrica y la fuerza magnética . Al principio, los físicos describieron estas fuerzas como separadas entre sí, pero los investigadores luego se dieron cuenta de que las dos son componentes de la misma fuerza.

El componente eléctrico actúa entre partículas cargadas, ya sea que estén en movimiento o estacionarias, creando un campo por el cual las cargas pueden influirse entre sí. Pero una vez que se ponen en movimiento, esas partículas cargadas comienzan a mostrar el segundo componente, la fuerza magnética. Las partículas crean un campo magnético a su alrededor a medida que se mueven.

La interacción electromagnética sucede por los fotones; estos son el bosón de este tipo de energía. La fuerza electromagnética se transfiere entre partículas cargadas a través del intercambio de fotones. Los fotones, asimismo, son los que hacen posible la existencia de los campos magnéticos. Estos últimos son campos compuestos por fotones que, en lugar de ser intercambiados entre partículas, son constantemente emitidos y re-absorbidos por los electrones. Lo interesante es que los fotones son aquellas partículas que también nos permiten ver y son aquellas que nos sirven para calentar nuestra comida en los microondas o incluso sentir calor en los días soleados. Pero, además, esta fuerza genera fenómenos como la fricción o incluso que tu computadora no atraviese tu mesa y caiga, pues los electrones de la mesa repelen a los electrones de la computadora.

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Dimensiones Extra, Supersimetría y Acoplamiento Fuerte: la Física Más Allá del Modelo Estándar