En el mundo de la física existen muchísimas interacciones entre sistemas determinados. Ya pueden ser tanto astros orbitando entre sí como núcleos atómicos chocando y liberando neutrones, todas estas interacciones son descriptibles por la física actual y su resultado se puede prever y calcular mediante el uso matemático de conceptos de la realidad como puede ser, por ejemplo, la fuerza de la gravedad.

El caso es, realmente en la naturaleza, ¿cuáles son las interacciones que se producen y con las que se puede describir la realidad?, es decir: ¿Qué fuerzas naturales existen? A esta pregunta ya se encarga la teoría cuántica de campo de dar respuesta: las fuerzas naturales que definen todas las interacciones de las partículas que componen la realidad son 4, las llamadas 4 fuerzas o interacciones fundamentales. Estas fuerzas son (ordenadas de menor a mayor intensidad):

FUERZA GRAVITATORIA 

Es la  fuerza derivada de la interacción de los sistemas con masa o energía con el campo gravitatorio que da lugar a una interacción de atracción entre las partículas. Es la fuerza más débil de todas y fue teorizada inicialmente por el físico inglés Isaac Newton, que estableció la primera ecuación de la Gravitación Universal, la cual, hasta hace pocas décadas, ha servido como ley de la gravedad (hasta la teoría de la relatividad general de Albert Einstein), y por el astrónomo alemán Johannes Kepler, cuyos estudios se centraron sobre todo en definir las órbitas astronómicas mediante las tres leyes de Kepler. Se prevé que esta fuerza sea resultado del intercambio de unas partículas todavía no descubiertas en el LHC llamadas gravitones. El alcance de esta fuerza es infinito.

Interacción Electromagnéticas.

La interacción electromagnética es la interacción que ocurre entre las partículas con carga eléctrica. Desde un punto de vista macroscópico y fijado un observador, suele separarse en dos tipos de interacción, la interacción electrostática, que actúa sobre cuerpos cargados en reposo respecto al observador, y la interacción magnética, que actúa solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador.

Las partículas fundamentales interactúan electromagnéticamente mediante el intercambio de fotones entre partículas cargadas. La electrodinámica cuántica proporciona la descripción cuántica de esta interacción, que puede ser unificada con la interacción nuclear débil según el modelo electrodébil.

Interacción Nuclear Fuerte

Para entender la naturaleza de la fuerza nuclear fuerte, considere los siguientes hechos:

Los núcleos atómicos están hechos de protones y neutrones

Los protones son cargas eléctricas positivas

Los neutrones no tienen carga eléctrica

Dentro del núcleo los protones sienten una fuerza grandísima de repulsión debido a que las cargas eléctricas iguales se repelen.

Entonces, surge la pregunta: ¿Cómo se mantiene unido el núcleo?

La razón por la cual las cargas eléctricas dentro de un núcleo atómico no salen volando es que existe la fuerza nuclear fuerte que hace que los protones y los neutrones en el núcleo se atraigan.

La intensidad de esta fuerza es evidentemente mayor que la fuerza electromagnética. Sin embargo, existe una gran diferencia entre estas dos. La fuerza nuclear fuerte sólo puede actuar a distancias muy cortas (por ejemplo el radio de un núcleo), mientras que la interacción electromagnética tiene una distancia de acción infinita.

Si un núcleo atómico gana neutrones adicionales, por ejemplo bombardeándolo con un haz de neutrones, el núcleo cambia de forma y se hace más grande, pero llega un momento en que la fuerza nuclear fuerte no tiene el alcance suficiente para mantener al núcleo unido. Como resultado, el núcleo se parte en dos generando mucha energía.

En la teoría cuántica de campos a cada tipo de interacción le corresponde una familia de partículas portadoras de la interacción. En el caso de la fuerza nuclear fuerte estas partículas son los gluones:

Interacción Nuclear Débil

Esta interacción de partículas es la que se manifiesta en las reacciones nucleares que se dan, por ejemplo, en estrellas, y es la responsable de la emisión de radiación en procesos de fisión y fusión de nucleos atómicos. Se produce por el intercambio de losbosones W y Z y su alcance se limita a los 10^-18 metros. Su actuación es sobre el sabor (o tipo) de quarks y leptones que interactuan con ella.

Vídeo de las Fuerzas o Interacciones Fundamentales

• ¿Cuántas fuerzas fundamentales menciona el video?
• ¿Qué alcance tiene la fuerza nuclear fuerte?
• ¿Dónde se evidencia la acción de las fuerzas nucleares fuertes?
• ¿Dónde pone de manifiesto las fuerzas nucleares débiles?
• ¿Se puede afirmar que la Luna cae a la Tierra por efecto de la fuerza de la gravedad?
• ¿Cómo pesó la Tierra Henry Cavendish?
• ¿Qué tipo de fuerza nos da a conocer Benjamin Franklin?