Fuerza fundamental
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Las fuerzas fundamentales son las formas mediante las cuales puede interactuar la materia. Son las siguientes: Interacción Electromagnética, Interacción Débil, Interacción Fuerte e Interacción Gravitatoria. Cada fuerza se produce por el intercambio de partículas virtuales que son los cuantos del campo o los bosones intermediarios.
El Electromagnetismo tiene lugar entre partículas cargadas, y su cuanto es el fotón. Es responsable de la unión del núcleo y los electrones y todos los fenómenos electromagnéticos. La rama de la física que lo estudia es la electrodinámica cuántica (QED).
La interacción débil se acopla a un tipo de carga llamada sabor o flavour, que la poseen los quarks y los leptones. Las partículas intermediarias son los bosones Z y B, así como el Bosón de Higgs. Es importante en las desintegraciones nucleares. La teoría de Glashow-Weinberg-Salam estudia la fuerza débil y la electrodinámica cuántica de manera unificada en lo que se llama Modelo electrodébil.
La interacción fuerte se da entre partículas con Carga de color, es decir, los quarks. Hay ocho bosones intermediarios que son los gluones. Mediante la fuerza fuerte los quarks se unen para formar protones y neutrones. Además, existe una fuerza fuerte residual, mediada por mesones, que hace que los protones y los neutrones se unan entre sí dentro del núcleo. La cromodinámica cuántica (QCD) se encarga de la fuerza fuerte a nivel fundamental.
La Fuerza Gravitatoria hace que la energía interaccione entre sí. La representación más intuitiva de energía es la masa como los planetas, si bien la gravedad se acopla a toda forma de energía. La teoría de la Relatividad General estudia la gravedad, aunque no de manera cuántica, por lo que en esta teoría no existe un cuanto del campo. En una hipotética cuantización de la gravedad el bosón intermediario sería el gravitón.
Las fuerzas electromagnética, fuerte y débil se estudian en un marco común de teorías gauge cuánticas llamado Modelo Estándar. El objetivo de la física teórica es llegar a describir las cuatro interacciones como aspectos de una única fuerza. El problema surge al cuantizar la gravedad, que resulta ser una teoría no renormalizable. Estas patologías se arreglan teóricamente en modelos con más dimensiones espaciales, como las teorías de cuerdas, aunque no se da por hecho la validez de estas teoría dado que no hemos podido acceder experimentalmente a comprobarlas.
