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).
