En fisica de particulas , a interaccion nuclear forte , tamen chamada forza forte , forza nuclear forte ou interaccion forte e un dos catro tipos de forzas fundamentais que o modelo estandar da Fisica establece para explicar o universo . As outras tres son a gravidade , o electromagnetismo e a interaccion nuclear feble . A escala atomica, e unhas 100 veces mais forte que o electromagnetismo, que a sua vez e varias ordes de magnitude mais forte que a forza nuclear feble e a gravidade.

A forza nuclear forte actua sobre todos os hadrons , mesons e barions , as particulas compostas formadas por quarks e antiquarks . A interaccion desta forza e levada por uns bosons chamados gluons , de xeito equivalente a forza electromagnetica que e levada polos fotons . Esta forza e a responsable de que os quarks se mantenan unidos para formar os barions (como os protons ou os neutrons ) e os mesons (como os pions ou os kaons ), e tamen e a responsable de que os protons e os neutrons se mantenan unidos o nucleo. ^{[ 1 ]} A forza forte de union entre dous quark polo intercambio de gluons e equivalente a uns 1,6·10³ N . ^{[ 2 ]}

A forza nuclear forte ten un alcance de arredor dun femtometro (as veces chamado fermi na honra de Enrico Fermi ), uns 10 ^-15 metreo , ^{[ 3 ]} e debe ser forte abondo como para contrarrestar a intensa forza repulsiva que hai entre os protons; a enerxia da forza nuclear forte entre dous protons e da orde de MeV ( megaelectron-volt ). A forza nuclear forte non esta afectada pola carga electrica das particulas: afecta por igual protons e neutrons. A teoria que explica esta forza e a cromodinamica cuantica (QCD do ingles quantum chromodynamics ), que foi proposta en 1973 por Harald Fritzsch , Heinrich Leutwyler e Murray Gell-Mann . ^{[ 1 ] [ 4 ]}

Historia [ editar | editar a fonte ]

Antes da decada de 1970 , os fisicos non sabian de certo cal era o mecanismo que mantina unido o nucleo atomico . Sabiase que o nucleo estaba formado por protons e neutrons e que os protons ionan unha carga electrica positiva mentres que os neutrons eran electricamente neutros. Poren, estes feitos semellaban contradicirse. Segundo o conecemento da fisica aceptado daquela, as cargas positivas debian repelerse entre elas e, polo tanto, o nucleo tina que chegar a romper. Pero isto non se ollaba nunca, e polo tanto, era preciso unha nova fisica que explicase este fenomeno.

Mais tarde, descubriuse que os protons e os neutrons non eran particulas fundamentais, senon que eran formados por outras particulas mais pequenas chamadas quarks . A forte atraccion que habia entre os nucleons era o efecto secundario dunha forza mais fundamental que mantina unidos os quarks dentro dos protons e os neutrons. A teoria da cromodinamica cuantica explica que os quarks levan o que se chama carga de cor , malia que o nome non tena relacion coas cores visibles. ^{[ 5 ]}

Os quarks con diferente carga de cor atraense entre si como resultado da interaccion forte, que se transmite mediante uns bosons , unhas particulas chamadas gluons .

Introducion [ editar | editar a fonte ]

Forzas no nucleo atomico [ editar | editar a fonte ]

Antes da decada de 1970, suponiase que o proton e o neutron eran particulas fundamentais . Deste xeito, a expresion forza forte ou forza nuclear forte referiase o que hoxe en dia se chama forza nuclear ou forza forte residual. Esta forza forte residual e a responsable da cohesion do nucleo e hoxe en dia interpretase como o campo de forza asociado a pions emitidos por protons, neutrons e outros hadrons (xa sexan barions ou mesons ). De acordo coa cromodinamica cuantica, a existencia deste campo de pions que manten unido o nucleo atomico e so un efecto residual da verdadeira forza forte que actua sobre os componentes internos dos hadrons, os quarks. As forzas que mantenen unidos os quarks son moito mais fortes que as que mantenen unidos neutrons e protons. De feito, as forzas entre quarks son debidas os gluons e son tan fortes que producen o chamado confinamento de cor que imposibilita observar quarks nus a temperaturas ordinarias, mentres que en nucleos pesados se que e posible separar alguns protons ou neutrons por fision nuclear ou bombardeo con particulas rapidas do nucleo atomico.

Historicamente, a forza nuclear forte postulouse de maneira teorica para compensar as forzas electromagneticas repulsivas que se sabia que existian no interior do nucleo , o descubrir que este estaba composto por protons de carga electrica positiva e neutrons de carga electrica nula. Postulouse tamen que o seu alcance non podia ser mais grande que o mesmo radio do nucleo xa que outros nucleos achegados non a sentisen, xa que se tivese un alcance maior todos os nucleos do universo terian colapsado para formar un gran conglomerado de masa nuclear. Por esta razon, denominouse naquela epoca forza forte . O modelo de Yukawa (1935) explicaba satisfactoriamente moitos aspectos da forza nuclear forte ou forza forte residual.

Modelo de quarks [ editar | editar a fonte ]

Tralo descubrimento dunha gran cantidade de hadrons que non parecian desempenar ningun papel fundamental na constitucion dos nucleos atomicos, cunouse a expresion zooloxico de particulas , dada a salvaxe profusion de diferentes tipos de particulas cunha existencia que non se entendia ben.

Moitas destas particulas parecian interactuar mediante un tipo de interaccion semellante a forza forte, polo que se buscaron esquemas para comprender esa diversidade de particulas. Un modelo postulado para explicar a existencia de toda a gran variedade de barions e mesons foi o modelo de quarks de 1963. Este modelo postulaba que os hadrons e os mesons atopados experimentalmente eran de feito combinacions de quarks mais elementais. Posteriormente experimentos a mais altas enerxias amosaron que os propios barions non parecian ser elementais e parecian constituidos de partes que se mantinan unidas entre si por algun tipo de interaccion mal comprendida. Eses descubrimentos finalmente puideron ser interpretados de xeito natural en termos de quarks.

A aceptacion dos quarks como constituintes dos hadrons permitiu reducir a variedade contida no zooloxico de particulas a un numero de constituintes elementais moito mais reducido, mais abriu o problema de como eses constituintes mais elementais se unian entre si para formar neutrons, protons e ouros hadrons. Dado que esa forza tina que ser moi intensa e comezou a usarse a expresion "forza forte" ou "interaccion forte" no canto de "forza nuclear forte" xa que a interaccion forte aparecia en contextos diferentes do nucleo atomico. Os intentos teoricos por comprender as interaccions entre quarks conduciron a cromodinamica cuantica unha teoria da forza forte que describe a interaccion dos quarks cun campo de gluons , que e o que forma realmente os protons e neutrons (que definitivamente deixaron de ser considerados como particulas elementais). Durante algun tempo despois denominouse "forza forte residual" a que anteriormente se chamara "forza forte", chamando a nova interaccion forte "forza de cor".

Cromodinamica cuantica [ editar | editar a fonte ]

Actualmente a interaccion forte considerase que queda ben explicada pola cromodinamica cuantica (en ingles Quantum Chromodynamics , QCD). A cromodinamica cuantica e unha teoria que forma parte do modelo estandar da fisica de particulas e matematicamente e unha teoria gauge non abeliana baseada nun grupo de simetria interna (gauge) baseada no grupo SU(3) . De acordo con esta teoria a dinamica dos quarks ven dada por un lagrangiano que e invariante baixo transformacions do grupo SU(3), esa invariancia polo teorema de Noether leva aparellada a existencia de magnitudes conservadas ou leis de conservacion especiais. Concretamente a invariancia dese lagrangiano baixo SU(3) implica a existencia de certas cargas de cor , en certo xeito analogas a conservacion da carga electrica (que vai asociada a invariancia baixo o grupo U(1) ). A cromodinamica cuantica describe polo tanto a interaccion de obxectos que posue carga de cor, e como a existencia desas cargas de cor comporta a existencia dun campo gauge asociado (campo de gluons) que define como interactuan esas particulas con carga de cor.

A cromodinamica cuantica como teoria gauge implica que para que haxa invariancia gauge local, debe existir un campo asociado a simetria, que e o campo de gluon . Os quarks, portadores de carga de cor, interaccionan entre eles intercambiando gluons, que e o que provoca que estean ligados uns aos outros. A sua vez os propios gluons tenen carga de cor polo que interactuan a sua vez entre eles. Ademais, a cromodinamica cuantica explica que existan dous tipos de hadrons: os barions (formados por tres quarks cada un con cargas de cor diferentes) e os mesons (formados por dous quarks conxugados entre si con cargas de cor opostas). Todos os hadrons, formados por quarks, interaccionan entre si mediante a forza forte (ainda que poden interactuar debilmente, electromagneticamente e gravitatoriamente). A intensidade da interaccion forte ven dada por unha constante de acoplamento caracteristica, moito mais grande que as asociadas a interaccion electromagnetica e gravitatoria. Polo tanto a cromodinamica cuantica, explica tanto a cohesion do nucleo atomico como a integridade dos hadrons mediante unha da "forza asociada a cor" de quarks e antiquarks . Aos quarks e antiquarks, ademais das outras caracteristicas atribuidas ao resto de particulas , asingaselles unha caracteristica nova, a "carga de cor" e a interaccion forte entre eles transmitese mediante outras particulas, chamadas gluons . Estes gluons don electricamente neutros, mais tenen carga de cor e por iso tamen estan sometidos a forza forte. A forza entre particulas con carga de cor e moi forte, moito mais que a electromagnetica ou a gravitatoria, a tal punto que se presenta confinamento de cor .

Notas [ editar | editar a fonte ]

Vexase tamen [ editar | editar a fonte ]

Outros artigos [ editar | editar a fonte ]

• Fisica nuclear

Bibliografia [ editar | editar a fonte ]

• Christman, J. R.; Project PHYSNET (2001). Michigan State University, ed. "The Strong Interaction" (pdf) . MISN-0-280 (en ingles) . East Lansing . Consultado o 20 de xuno de 2013 .  
• Fritzsch, H (1983). Quarks: The Stuff of Matter (en ingles) . Basic Books. ISBN   978-0465067817 .  
• Feynman, R.P. (1985). QED: The Strange Theory of Light and Matter (en ingles) . Princeton University Press. ISBN   0-691-08388-6 . The idiot physicists, unable to come up with any wonderful Greek words anymore, call this type of polarization by the unfortunate name of 'color,' which has nothing to do with color in the normal sense. (Os idiotas dos fisicos, incapaces de utilizar calquera das marabillosas palabras gregas, chaman a este tipo de polarizacion co desafortunat nome de 'cor', que non ten nda que ver coa cor no senso normal.)   .
• Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles . John Wiley & Sons. ISBN   0-471-60386-4 .  
• Halzen, Francis; Martin, Alan D. (1984). Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics . John Wiley & Sons. ISBN   0-471-88741-2 .  
• Kane, Gordon L. (1987). Modern Elementary Particle Physics . Perseus Books. ISBN   0-201-11749-5 .  
• Leutwyler, H. (2012). University of Bern, ed. "H. Leutwyler ? Bern On the history of the strong interaction" (PDF) . International School of Subnuclear Physics (en ingles) . Erice . Consultado o 20 de xuno de 2013 .  
• Morris, Richard (2003). The Last Sorcerers: The Path from Alchemy to the Periodic Table . Washington, D.C.: Joseph Henry Press. ISBN   0-309-50593-3 .  
• Parker, B (1993). Overcoming some of the problems (en ingles) .  

Este artigo sobre fisica e, polo de agora, so un bosquexo. Traballa nel para axudar a contribuir a que a Galipedia mellore e medre .   Existen igualmente outros artigos relacionados con este tema nos que tamen podes contribuir.