Interacciones Fundamentales: Interacción Nuclear Fuerte

Una fuerza que puede mantener unido un núcleo en contra de las enormes fuerzas de repulsión de los protones, es realmente fuerte. Sin embargo, no es una fuerza como la electromagnética, y tiene un alcance muy corto. Yukawa modeló la fuerza fuerte como una fuerza de intercambio, en el que las partículas de intercambio son piones, y otras partículas más pesadas. El rango de una fuerza de intercambio de partícula, está limitado por el principio de incertidumbre. La interacción fuerte es la más intensa de las cuatro fuerzas fundamentales.

Dado que los protones y los neutrones que componen el núcleo, se consideran que están hechos de quarks, y los quarks se consideran que se mantienen juntos por la fuerza de color, la fuerza fuerte entre los nucleones puede ser considerada como una fuerza de color residual. En el modelo estándar, por lo tanto, la partícula básica de intercambio es el gluón, que media las fuerzas entre los quarks. Dado que los gluones y los quarks individuales están contenidos dentro del protón o del neutrón, las masas que se les atribuyen, no se puede usar en las fórmulas de rango para predecir el rango de la fuerza. Cuando se ve algo que emerge de un protón o un neutrón, entonces debe ser por lo menos un par quark-antiquark, por lo que es entonces plausible que el pión como el meson más ligero, debería servir como un predictor del rango máximo de la fuerza fuerte entre los nucleones. Vídeo breve que habla de la fuerza interacción fuerte y débil :

Algunas ideas e ilustraciones acerca de la fuerza nuclear fuerte se pueden observar en http://astroverada.com/_/Main/T_strong.html

Artículo de interés acerca de la fuerza nuclear fuerte http://www.agenciasinc.es/Noticias/Cientificos-de-Granada-miden-la-fuerza-nuclear-fuerte-con-la-mayor-precision-hasta-la-fecha

Los gluones son las partículas de intercambio de la fuerza de color entre los quarks, de forma análoga al intercambio de fotones en la fuerza electromagnética entre dos partículas cargadas. El gluón puede ser considerado como la partícula de intercambio fundamental, que subyace en la interacción fuerte entre los protones y los neutrones en un núcleo. Esa interacción de corto alcance nucleón-nucleón, puede ser considerada como una fuerza de color residual, que se extiende fuera de los límites de los protones o de los neutrones. Esa interacción fuerte fue modelada por Yukawa como consistente en un intercambio de piones, y de hecho, el cálculo del alcance del pión, fue útil en el desarrollo de nuestra comprensión de la fuerza fuerte.

Los gluones son parejas de quark y antiquark (materia-antimateria) que surgen pareados del "mar de quarks" del que trasciende la existencia, materializándose mediante su interacción con el campo de Higgs, que reside en lo más profundo del tejido espacio-temporal del Universo.

Las interacciones de los gluones son a menudo representadas por un diagrama de Feynman. Téngase en cuenta que el gluón genera un cambio de color en los quarks. Los gluones son de hecho considerados como bicoloreados, llevando una unidad de color y una unidad de anti-color como se sugiere en el diagrama de la derecha. El dibujo del intercambio de gluones, convierte un quark azul en uno verde y viceversa. El rango de la fuerza fuerte está limitado por el hecho de que los gluones interactúan unos con otros, así como con los quarks, en el contexto del confinamiento de quarks. Estas propiedades contrastan con la de los fotones, que no tienen masa y son de alcance infinito. El fotón no lleva consigo carga eléctrica, mientras que los gluones llevan "carga de color".

Dentro de su alcance, los gluones pueden interactuar unos con otros, y pueden producir pares virtuales quark-antiquark. La característica de la interacción entre sí, es muy diferente de las otras partículas de intercambio, y plantea la posibilidad de existencia de colecciones de gluones denominado "glueballs" (bolas de gluones). El estado interno de un hadrón se considera compuesto de un número fijo neto de quarks, pero con una nube dinámica de gluones y pares de quarks-antiquarks en equilibrio.

Los gluones surgen como pares, y como pares han de existir siempre, siendo, por tanto, indivisibles. Si se les intenta separar, una nube de gluones surgirá entre ellos, estirándose en forma de supercuerda elástica que, si llega a quebrarse, dará lugar a dos nuevos pares de quark-antiquark, surgidos de los dos trozos resultantes de la rotura de la cuerda.

Los gluones, por tanto, ya que también son quarks, tienen carga de color. En realidad, al ser parejas de quarks son “bicolores”, es decir, son pequeños dipolos de color cuya carga es una mezcla de las tres cargas de color: rojo, verde, azul y forman parejas tales como: anti-rojo, anti-verde y anti-azul. Según esto, deberían ser entonces de nueve tipos: rojo-antiverde, rojo-antiazul, verde-antirrojo, verde-antiazul, azul-antirrojo, azul-antiverde, rojo-antirrojo, verde-antiverde y azul-antiazul, pero, por razones de simetría solo pueden darse ocho de esas uniones, pues las combinaciones tipo color-anticolor del mismo color no están permitidas, ya que darían un gluón neutro. Son ocho, por tanto, los gluones existentes.