Fisica General Burbano

92 FUERZA Y MASA. LAS TRES LEYES DE NEWTON. ESTÁTICA DE LA PARTÍCULA
Las cuatro fuerzas descritas son transmitidas a distancia, la transmisión por los «bosones mediadores»
de esa fuerza en el vacío tiene un tiempo puesto que «viaja», según la teoría de Einstein,
a la velocidad de la luz (c • 3 × 10 8 m/s), es decir una partícula no se entera de que está en presencia
de otra hasta que su interacción no llega a cualquiera de ellas; así por ejemplo, de cualquier
fenómeno que pueda producirse en el Sol, nos enteramos en la Tierra unos 8 min después del
evento. Para la Mecánica clásica y a nivel terrestre, el tiempo transcurrido en el intercambio de bosones
mediadores es tan pequeño que despreciándolo, podemos decir macroscópica y sensorialmente
que los cuerpos están en «contacto»; en nuestro ejemplo que hemos puesto al principio decimos
que sí «tocamos» el suelo al caminar. La experiencia nos ha demostrado que el enfoque idóneo
en el análisis de la propagación y la existencia de estas interacciones en el espacio se
concretan con el concepto de CAMPO, entendiendo por tal, la perturbación o deformación que una
partícula provoca en el espacio que la rodea y que hace que otra partícula de las mismas características
se entere de la presencia de la primera y propagándose éste a la velocidad de la luz. Desde
este punto de vista, las interacciones no se verifican «directamente» entre partículas, sino entre
cada una de ellas y el campo producido por la otra.
En definitiva actualmente, en la TEORÍA DE PARTÍCULAS, se conocen doce partículas puntuales
que se dividen en dos grupos: los LEPTONES, que incluyen al electrón, el muón, el tau, al neutrino
electrónico, al neutrino muónico y al neutrino tau; y los QUARKS, denominándose arriba, abajo, encanto,
extraño, cima y valle.
En las teorías actuales, para que las partículas se reconozcan y reaccionen al encontrarse separadas
y en presencia unas de otras, se utiliza el MODELO DE FUERZAS DE INTERCAMBIO, en el que la
fuerza es generada por el intercambio de una entidad o «partícula» llamada BOSÓN MEDIADOR, son
«puntuales» lo que significa que experimentalmente no se ha podido medir ningún efecto atribuible
a su tamaño, desempeñan el papel de portador de «momento lineal»; los bosones que han sido
detectados experimentalmente son: los FOTONES, LOS GLUONES inseparables de los quarks y no han
sido detectados separados de ellos, decimos que están «confinados», y los BOSONES DÉBILES o MESO-
NES W ± y o Z, responsables de las interacciones básicas electromagnéticas, nuclear fuerte y la débil
respectivamente; el bosón responsable de la interacción gravitatoria, el GRAVITÓN, que no ha sido
detectado experimentalmente, es en este modelo de intercambio, hipotético.
INTERACCIONES FUNDAMENTALES
FUERZA PROPIEDAD DE LA MATERIA BOSóN MEDIADOR
Gravitatoria Masa Gravitón
Electromagnética Carga eléctrica Fotón
Nuclear fuerte Carga de color Gluón
Nuclear débil Carga débil Bosón débil
Los experimentos, que dan confirmación a parte de estas teorías, son realizados en los aceleradores
de partículas de los que son de destacar el Hera (acrónimo de Hadron-Elektron-Ring-Aulage,
o sea instalación en anillo para electrones y hadrones) ubicado en Hamburgo, el Lep de Ginebra
de electrones y quarks, y el Tevatrón de Fermilab en Chicago que es de protones y antiprotones.
La función de estas «monumentales» instalaciones es la detección de los más pequeños que conocemos
en el Universo (chocante ¿no?), las partículas elementales y se puede decir que son «supermicroscopios
de electrones» que permiten «echar una ojeada» en el interior del protón, hasta estructuras
2 000 veces menores que él, es decir 5 × 10 – 18 m.
Analicemos brevemente algunos aspectos de cada una de las cuatro fuerzas básicas que las
partículas se ejercen:
La FUERZA GRAVITATORIA es de largo alcance. Depende de las masas de los objetos y es siempre
atractiva. A gran escala, es la que gobierna los movimientos planetarios, estelares, galácticos, etc.,
y, en general, la estructura y evolución del Universo, y en particular es la que nos mantiene unidos
a la superficie terrestre: es la responsable de las mareas del movimiento de satélites artificiales...
etc. Su estudio más detallado se hará en el capítulo XI.
La FUERZA ELECTROMAGNÉTICA, de largo alcance, es atractiva o repulsiva. Es mucho más intensa
que la gravitatoria, la cual entre partículas elementales es casi siempre despreciable, por ejemplo la
fuerza de repulsión electrostática entre dos protones de un núcleo es del orden de 10 36 veces mayor
que la gravitatoria entre ellos. Mantiene unidas a las moléculas (las fuerzas de van der Waals
no son sino el resultado de complejas interacciones electromagnéticas, principalmente dipolares),
es responsable de las interacciones entre los átomos de una molécula o entre los protones y electrones
de un átomo. Se ejerce entre objetos magnetizados o con carga eléctrica. El electromagnetismo
permite describir adecuadamente el comportamiento de radiaciones tan importantes como
ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X o rayos gamma. Es tam-
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