¿Cuáles son las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza?

El universo es un lugar tremendamente complejo, sin embargo, todo lo que aquí ocurre obedece a la interacción de cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza débil y la fuerza fuerte.

Juan Domínguez

La física ha identificado cuatro tipos básicos de fuerzas de la naturaleza.
La física ha identificado cuatro tipos básicos de fuerzas de la naturaleza.

Todo lo que tiene lugar en el universo responde a la aplicación de alguna de las fuerzas de la naturaleza sobre la materia que nos rodea. Desde la explosión de una estrella hasta nuestro teléfono cargándose de batería a través de la corriente eléctrica, responde a alguna de ellas.

La física ha identificado cuatro tipos básicos de estas interacciones, que juntas describen cada acción que vemos en el universo, desde la descomposición de partículas atómicas hasta la deriva de galaxias enteras.

Estas interacciones son la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la nuclear fuerte. Estas fuerzas determinan el comportamiento de las más diminutas partículas subatómicas, pero también de los planetas y las galaxias.

¿Qué es la fuerza nuclear fuerte?

La fuerza nuclear fuerte es lo que mantiene unidos los núcleos de los átomos.

Los protones y neutrones que componen el núcleo de un átomo están formados por un trío de partículas más simples llamadas quarks

Los protones y neutrones que componen el núcleo de un átomo están formados por un trío de partículas más simples llamadas quarks. Una partícula llamada gluón actúa sobre una propiedad de los quarks llamada color, creando la fuerza de atracción.

Representación abstracta de la energía y el poder del núcleo atómico.
Representación abstracta de la energía y el poder del núcleo atómico.

A diferencia de las otras tres fuerzas fundamentales, cuanto más necesita viajar el gluón, más fuerte se vuelve la fuerza nuclear. En la escala de protones y neutrones, este efecto de resorte hace que sea increíblemente difícil separar los quarks. Esto ayuda a explicar por qué la fuerza fuerte es tan fuerte.

En una escala del núcleo completo de un átomo, la fuerza también une protones y neutrones completos entre sí. Los protones también se empujan unos a otros, gracias a la fuerza electromagnética, poniendo los núcleos atómicos en un delicado equilibrio.

¿Qué es el electromagnetismo?

El electromagnetismo es tanto una fuerza de atracción como de repulsión entre partículas con una propiedad llamada carga, que se presentan en dos variedades: positiva y negativa. Los objetos de carga similar tendrán un efecto de repulsión entre sí, mientras que los de carga diferente tendrán un efecto de atracción.

Gracias a las interacciones de electrones cargados negativamente y protones cargados positivamente, los átomos individuales se combinan en diferentes materiales

El electromagnetismo es tanto una fuerza de atracción como de repulsión entre partículas con una propiedad llamada carga.
El electromagnetismo es tanto una fuerza de atracción como de repulsión entre partículas con una propiedad llamada carga.

Esta es la fuerza que es más evidente en nuestra vida cotidiana. Gracias a las interacciones de electrones cargados negativamente y protones cargados positivamente, los átomos individuales se combinan en diferentes materiales. La fuerza también es transportada a través del campo electromagnético por una partícula llamada fotón, que, gracias a los cambios químicos en nuestros ojos, nuestros cuerpos perciben como luz.

¿Qué es la fuerza nuclear débil?

De todas las fuerzas fundamentales, la fuerza nuclear débil es la más difícil de entender. Describe cómo los quarks que componen las partículas nucleares pueden cambiar de una forma a otra. La fuerza es transportada por partículas llamadas bosones W y Z.

La fuerza débil actúa en una distancia increíblemente corta, igual a aproximadamente el 0,1 por ciento del diámetro de un protón

La fuerza débil actúa en una distancia increíblemente corta, igual a aproximadamente el 0,1 por ciento del diámetro de un protón. Cuando una partícula como un neutrino se acerca a un quark, la fuerza débil hace que el quark cambie enviando un bosón W. Esto puede convertir un neutrón en un protón (creando un elemento completamente nuevo en el proceso) y el neutrino en un electrón.

¿Qué es la gravedad?

La gravedad es una fuerza de atracción entre masas, que según la relatividad general se produce como resultado del efecto de la energía que actúa sobre un campo espaciotemporal. Si bien la teoría sugiere que podría tener una partícula mediadora, llamada gravitón, los experimentos aún deben respaldar su existencia. 

Si bien la gravedad puede parecer una fuerza fuerte, responsable de mantener unidas galaxias enteras y exprimir la luz del día literal de las estrellas, es aproximadamente 10^29 veces más débil que la fuerza nuclear débil. Eso significa que prácticamente no tiene ningún efecto observable en la escala de partículas diminutas, y se vuelve relevante solo en un nivel más cósmico.

¿Hay más de cuatro fuerzas fundamentales?

Si bien la física solo describe estas cuatro fuerzas de la naturaleza, no se puede evitar que hipotéticamente puede que existan más.

No obstante, según los expertos, cualquier fuerza adicional es altamente especulativa. Los experimentos futuros podrían descartarlas o, tal vez, encontrar una nueva física que muestre que hay más de cuatro fuerzas en el Universo.

Fuente: Science Alert.

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Módelo de átomo según la teoría de Bohr.

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