Mayo 15, 2023.
Nuestro vasto e insondable Universo está hecho de cosas muy, pero muy pequeñas, está hecho de partículas fundamentales, diminutas partículas simples que interactúan entre sí para formar átomos, moléculas, radiación y todo lo que conocemos y alcanzamos a medir, y calcular por ahora. Las estructuras de la naturaleza más grandes, más sofisticadas y más exóticas, están hechas de partes tan pequeñas y rápidas que por lo pronto son invisibles.
Las partículas fundamentales son los quarks y los leptones, quienes interactúan entre sí por medio de los bosones. Los físicos han logrado descifrar estas interacciones y las clasifican en cuatro, las llaman Interacciones Fundamentales, ellas son la Interacción Electromagnética (IE), la Interacción Fuerte (IF), La Interacción Débil (ID) y la Interacción Gravitatoria (IG). Detrás de estos sencillos nombres existe todo un sofisticado aparato matemático, modelos, experimentos de altas energías en
aceleradores de partículas, y sobre todo, horas y horas de profunda meditación sobre lo que ocurre en el microcosmos. El resultado son flamantes y elegantes desarrollos teóricos, soportados por las más avanzadas matemáticas y los más complejos, enormes y costosos experimentos.
Las cuatro interacciones fundamentales son manifestaciones de un único fenómeno de interacción, y los físicos trabajan para lograr entenderlo así, como un todo. Por los momentos existe la unificacione de la IE y la ID, estas dos interacciones son manifestaciones de la Interacción Electrodébil y se estudia usando la Teoría Electrodébil. La Interacción Fuerte se estudia usando el modelo de la Cromodinámica Cuántica; mientras que la IG es elusiva a los desarrollos cuánti
cos. La Interacción Gravitatoria se entiende como una afección geométrica del espacio-tiempo debida a la masa, en los elegantes términos de la Teoría General de la Relatividad; conocemos como se comporta pero aún no sabemos quién o qué es el responsable. Por razones de simetría es posible que la Gravedad también sea la manifestación de un campo cuántico, cuyo bosón es el Gravitón, pero aún no se ha encontrado.
Una mirada al MicroCosmos
A manera de ejemplo del microcosmos, la imagen es un resumen gráfico del mundo subatómico de una muestra de 88Radio, con sus isótopos más estables.
Las Interacciones Fundamentales tienen lugar por medio de partículas portadoras, estas son los Bosones de Gauge; ellos provienen de un campo cuántico, y ejercen fuerzas atractivas y repulsivas.
La IE se manifiesta entre todas las partículas con carga eléctrica por medio del intercambio de Fotones (bosones g), así los electrones orbitales interactúan entre sí, con el núcleo, y con cualquier partícula con carga eléctrica. Su alcance es infinito, siendo repulsiva y atractiva.
La IF se manifiesta en las partículas con carga de color, por medio del intercambiando de Gluones (bosones g). “Color” no se refiere al fenómeno luminoso, es una manera resumida y grafica de expresar una propiedad cuántica. La carga de color es una expresión vectorial cuántica de tres valores, que describe una propiedad parecida a la carga eléctrica, pero tiene tres manifestaciones o colores, ellos son rojo, verde y azul; y tres anticolores, ellos son cian, magenta y amarillo.
La IF es de muy corto alcance (sólo existe en distancias menores a ~2,5 fermi) y es la más poderosa de todas las Interacciones Fundamentales. Para distancias menores a ~ 0,5 fermi es repulsiva, mientras que es atractiva para distancias ~ 0,8 fermi. El poder de la IF se hace manifiesto de manera espectacular en las reaccio
nes de fisión nuclear y fusión nuclear; pero de manera silente y cotidiana mantiene juntos y estables a los protones y neutrones en los núcleos atómicos.
Los tríos de quarks que forman los protones y los neutrones se mantienen juntos por medio del intercambio de Gluones, partículas que además de ser portadoras de la IF la experimentan, ya que ellos tienen carga de color (doblete de color-anticolor). Los Gluones son emitidos y absorbidos por los tríos de quarks cambiando su color, de manera de acoplarlos en la combinación de colores que los mantiene confinados. Como consecuencia de lo anterior los protones y los neutrones emiten y absorben Piones, son mesones y que convierten alternadamente a los protones en neutrones, y a los neutrones en protones, <-> , <-> .
La ID es la responsable del fenómeno radiactivo, se produce por la emisión de bosones W+, W- y Z° en los Quarks que forman a los nucleones, haciendo que estos Quarks cambien de sabor. El sabor es un valor cuántico que distingue a los seis (6) quarks, ellos son Up, Down, Charm, Strange, Bottom y Top. Cuando los Quarks emiten bosones W+ o W- acompañados de bosones Z° que le confieren momento lineal,se transmutan en Quarks más livianos, mientras los bosones decaen en electron
es y antineutrinos electrónicos, y en positrones y neutrinos electrónicos; en algunos casos un electrón orbital es capturado por un protón, convirtiéndose en un neutrón. Lo anterior es el Decaimiento Beta, precursor del Decaimiento Alpha y del Decaimiento Gamma, el fenómeno de la radiactividad.
La IG es la interacción más débil, es atractiva y de alcance infinito, afecta a los quarks, leptones y bosones. Es posible que sea producida por un bosón gauge, el Gravitón, pero aún no se encuentra.
Los Bosones de Higgs son los responsables de conferirle masa a las partículas subatómicas en forma de energía potencial desde el Campo de Higgs.
Un microcosmos silente, veloz y presente en cada una de las cosas que vemos, sentimos y somos.
Fuente: CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).