Interacción nuclear fuerte

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¿Cómo es posible que un núcleo atómico se mantenga cohesionado teniendo en cuenta que los protones tienen carga positiva y se repelen y los neutrones no tienen carga? Es gracias a la interacción nuclear fuerte que es uno de los cuatro tipos de fuerza fundamentales que el modelo estándar 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 eléctricamente 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).