La Interacción Nuclear Fuerte

La Interacción Nuclear Fuerte En nuestra vida cotidiana, vemos muchos ejemplos fantásticos de la física que nos rodea. Muchas de estas cosas hacen que nuestro día a día sea posible. Es decir, tenemos la gravedad: la fuerza dominante que formó las estructuras gigantes de nuestro Universo. Además (y de manera mucho menos notable), tenemos la física cuántica; la ciencia detrás de los millones de transistores que hacen posible la tecnología que permite ver este artículo. Sin embargo, hay una fuerza ignorada más poderosa e impresionante que la gravedad, o que la mayor parte de las demás fuerzas para el caso. Sin ella, cada átomo en el Universo explotaría hacia afuera de forma espontánea, dejando un desorden caótico de nucleones sin estructura o composición. Esto se conoce como la interacción nuclear fuerte, y es indiscutiblemente una de las fuerzas más increíbles de la naturaleza. Después de la famosa obra de Ernest Rutherford (1871 – 1937) – el hombre que ha revolucionado nuestra comprensión del núcleo atómico – la escena estaba bien y realmente lista para otra gran pregunta: ¿Qué impide que las cargas positivas dentro de los átomos se desarmen en pedazos? Las leyes de la atracción y repulsión electrostática se habían desarrollado por Coulomb hace más de un siglo, y por lo tanto el descubrimiento de Rutherford sólo aumentó el misterio del núcleo. Sobre todo, teniendo en cuenta el hecho de que cuando se utiliza el valor de Rutherford para el tamaño del núcleo, la fuerza de repulsión de protones a nivel nuclear es del orden de alrededor de 200 N (para ponerlo en perspectiva, es el peso equivalente de alrededor de 20.000 ml de agua, o un bloque sólido de hierro de 14cm de longitud, altura y anchura). Usted puede tratar de demostrar esto a si mismo utilizando la ley de Coulomb, usando un tamaño típico de núcleo como el término de distancia ‘r’ y la carga de un protón como “Q1 y Q2″ los dos términos de carga. Teniendo en cuenta que esta es una fuerza vencida por la fuerte interacción entre todos los protones atómicos dentro de cada átomo que compone la totalidad de nuestra realidad física, la magnitud de la interacción fuerte (a pesar de su nombre indicativo) es en realidad sorprendentemente grande, alrededor de 10^37 veces mayor que la de la fuerza gravitacional correspondiente entre dos protones. Eso no es todo, porque los quarks dentro de los nucleones del átomo experimentan esta interacción también; la gran fuerza que los une, formando los protones y los neutrones a los que estamos tan familiarizados. El misterio: Entonces, ¿qué es lo que causa esta misteriosa pero esencial fuerza? La respuesta se encuentra en la cromodinámica cuántica, (cromo es la palabra griega para color), una escuela de la física que explora la cantidad cuántica conocida como “carga de color” y su efecto sobre la interacción nuclear fuerte (también conocida como fuerza de color). Para aclarar, el color, en este sentido no tiene nada que ver con la percepción visual del color – como ‘extraño’ y ‘encanto’ son conceptos de la mecánica cuántica para los que son difíciles de encontrar analogías útiles. La mejor manera de considerarlo es verlo como una forma diferente de carga, ya que el concepto básico de carga y color son muy similares. Cromodinámica cuántica (QCD) postula que de la misma manera en que la interacción electromagnética es mediada por el intercambio de fotones virtuales, también hay una partícula elemental que controla la interacción fuerte; conocido como el gluón. Interpretación artística de Cromodinámicas Cuánticas (Crédito: psion005 on deviant art) Así que, si tenemos en cuenta la electrodinámica cuántica, donde el intercambio de fotones puede dar lugar a una fuerza de atracción entre cargas opuestas, podemos decir de manera similar que para los quarks dentro de un neutrón o un protón, su diferencia en la carga de color conduce a un intercambio de gluones que mantiene los quarks juntos y la atracción de quarks de ‘color’ opuestos en otros nucleones mantiene los protones y neutrones juntos. Curiosamente, a diferencia de los fotones, que no interactúan a través de la interacción electromagnética (debido a su falta de carga) que se propaga, el gluón está realmente afectado por la fuerza que se propaga (debido al hecho de que tiene una carga de color), que complica las cosas cuando se trata de examinar sus efectos. Características inusuales: Además de su enorme influencia en mantener unido el núcleo, la interacción nuclear fuerte también tiene un efecto interesante en la masa de los átomos. Los nucleones que forman el átomo disminuyen en energía a causa del trabajo que se realiza en traer a los protones tan juntos, a tal punto que el resultado es un efecto tangible en la masa del núcleo atómico que se crea. Esto es fácilmente calculable mediante la expresión E=mc^2: Si la energía liberada en traer nucleones juntos para formar un núcleo (conocida como la energía de enlace) es ‘E’, entonces la diferencia de masa entre el núcleo final y los neutrones y protones que lo componen será igual a la energía de enlace dividido por ‘c^2′ (donde ‘c’ representa la velocidad de la luz en el vacío). Esta energía de enlace (normalmente del orden de MeV) también explica por qué los quarks nunca se observan individualmente: Si dos quarks están ligados en un par quark-antiquark (un mesón), entonces la energía necesaria para separarlos es lo suficientemente grande como para producir de forma espontánea más pares quark-antiquark, que se unirán con los quarks solitarios – resultando en la formación de un nuevo par de mesones. Así que esta podría decirse que es una de las fuerzas más importantes en la naturaleza, el súper pegamento del nivel atómico, que realmente está sosteniendo muy bien las cosas juntas. Comentar es agradecer. Apoya la inteligencia colectiva. Ayúdame a recuperar la vieja Taringa. Dale a "Seguir"