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Teoría gravitacional de Einstein

   Einstein revisó la teoría newtoniana, describiendo la gravedad como una deformación de la geometría del espacio-tiempo en su Relatividad general.

   Las teorías actuales, apuntan a una "unidad de medida de la gravedad" (el gravitón), como partícula que ejerce dicha fuerza.

La gravedad como fuerza fundamental

   La gravedad es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza, junto con el electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil. A diferencia de las interacciones nucleares (y a semejanza del electromagnetismo), actúa a grandes distancias. Sin embargo, al contrario que el electromagnetismo, la gravedad siempre es acumulativa. Este es el motivo de que la gravedad sea la fuerza más importante a la hora de explicar los movimientos celestes.

La gravedad en la teoría cuántica

   La gravedad aparece como fuerza fundamental que liga a todas las partículas con masa con otras a través de otra partícula, un bosón transmisor del campo gravitatorio denominado gravitón.

   La unificación de la fuerza gravitatoria con las otras fuerzas fundamentales sigue resistiéndose a los físicos. La aparición en el universo de materia oscura o una aceleración de la expansión del universo hace pensar que todavía falta una teoría satisfactoria de las interacciones gravitatorias completas de las partículas con masa.

Interacción electromagnética

   La interacción electromágnetica es la interacción que ocurre entre las partículas con carga eléctrica. Macroscópicamente, suele separarse en dos tipos de interacciones:

  • Interacción electrostática: Actúa sobre cuerpos cargados en reposo.
  • Interacción magnética: Actúa solamente sobre cargas en movimiento.

   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 débil

   La interacción nuclear débil es, junto a la gravedad, la interacción nuclear fuerte y el electromagnetismo, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Es la responsable de ciertos tipos de radioactividad natural, como la desintegración de un neutrón en un protón, un electrón y un neutrino. Los bosones vectoriales (W + ,W yZ0) son las partículas fundamentales que garantizan la transmisión de la fuerza nuclear débil. Fue en los años 1930 cuando los físicos que estudiaban la radiación emitida por los átomos se dieron cuenta que, en ciertos casos, el núcleo del átomo emitía electrones.

   El fenómeno se debe a que, a veces, un neutrón del núcleo se transforma en un protón y un electrón. El electrón termina escapando del núcleo, pero al medir sus propiedades se descubre que falta cierta cantidad de energía.

   Se propuso una nueva clase de partícula para explicar este fenómeno, una partícula que se lleva la energía que falta, totalmente sin carga, invisible y a la cual las fuerzas eléctricas y magnéticas no afectan. Enrico Fermi lo llamó Neutrino (Neutroncito).

Interacción nuclear fuerte

   La interacción nuclear fuerte es uno de los cuatro tipos de fuerza fundamentales que el modelo estandar de la Física establece para explicar el Universo.

   Los efectos de esta fuerza sólo se aprecian a distancias muy pequeñas,(del orden de 1 fm), el tamaño de los núcleos atómicos, y no se perciben para distancias mayores a 10-15  m . Es la fuerza que mantiene unidos a los nucleones (partículas nucleares, protón y neutrón) en el núcleo atómico, a pesar de la repulsión electromagnética entre partículas cargadas del mismo signo.

   Actualmente, la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD) explica las interacciones fuertes entre partículas nucleares en términos de la "fuerza de color" entre quarks y antiquarks (las partículas constituyentes de los protones y neutrones). A los quarks y antiquarks, además de carga eléctrica, se les asigna una característica nueva, la "carga de color" y la interacción fuerte entre ellos se transmite mediante otras partículas, los gluones. Éstos son electricamente neutros, aunque también tienen "carga de color" y por ello también están sometidos a la fuerza fuerte.

   La fuerza entre partículas con carga de color es muy fuerte, mucho más que la electromagnética. La fuerza que mantiene unidos a protones y neutrones en el núcleo es la fuerza residual entre los quarks y los gluones que componen dichas partículas (vendría a ser un efecto paralelo al de las fuerzas de enlace entre átomos para formar moléculas frente a la interacción eléctrica entre las cargas eléctricas que los forman: protones y electrones, pero su naturaleza es totalmente distinta).

   Anteriormente se consideraba que esta fuerza residual era la fuerza fuerte, pero ahora se asume que la fuerza de color entre quarks es la fundamental (De manera similar las fuerzas interatómicas son un reflejo de la fuerza electromagnética entre cargas que es la fundamental).

   Esta interacción es la que hace que en los núcleos de un átomo, los protones se mantengan unos junto a los otros aún teniendo la misma carga (positiva). Los protones no tienen carga de color, sino que son los quarks de los que están formados (up y down) los que la tienen (y la carga de color entre los quarks de un protón y de otro da lugar a la fuerza que los aglutina).

   Los gluones son las partículas portadoras de la fuerza nuclear fuerte, que mantienen unidos a los quarks para formar otras partículas: protones, neutrones... Los gluones también tienen carga de color y por tanto pueden interaccionar entre sí. Un efecto que deriva de ello es la existencia de agrupaciones de gluones (glubolas).