De las cuatro fuerzas naturales, conocidas como las fuerzas fuertes, débiles, gravimétricas y electromagnéticas, la fuerza fuerte apropiadamente nombrada domina sobre las otras tres y tiene la función de sostener el núcleo atómico juntos. Sin embargo, su rango es muy pequeño: aproximadamente el diámetro de un núcleo de tamaño mediano. Sorprendentemente, si la fuerza fuerte funcionaba a largas distancias, todo en el mundo familiar -lagos, montañas y seres vivos- sería aplastado en una masa del tamaño de un gran edificio.

Núcleo atómico y el Fuerza fuerte

Cada átomo en el universo consiste en un núcleo rodeado por una nube de uno o más electrones. El núcleo a su vez contiene uno o más protones; todos los átomos ahorran hidrógeno tienen también neutrones. La fuerza fuerte hace que protones y neutrones se atraigan entre sí para permanecer juntos en el núcleo; sin embargo, no atraen a los protones y neutrones de los átomos vecinos porque la fuerza fuerte tiene poco efecto fuera del núcleo.

Las Fuerzas Fuerte y Electromagnética

Los protones son partículas con una carga eléctrica positiva . Debido a que las cargas similares se repelen, los protones experimentan una fuerza repulsiva cuando se aproximan, y la fuerza aumenta rápidamente a medida que se acercan. La fuerza electromagnética que produce la repulsión actúa a grandes distancias, por lo tanto, a menos que otra fuerza actúe sobre los protones, no se tocan entre sí. Los neutrones, por otro lado, no tienen cargo; neutrones libres se mueven sin obstáculos. Sin embargo, cuando los protones y neutrones entran dentro de una billonésima de milímetro, la fuerza fuerte toma el control y las partículas se adhieren.

Particle Ping Pong

La teoría moderna que rige las cuatro fuerzas fundamentales propone que son el producto de intercambios de pequeñas partículas, como en un juego de ping-pong. En este juego, el Principio de Incertidumbre de Heisenberg establece las reglas: las partículas pesadas pueden moverse entre distancias cortas, mientras que las partículas ligeras alcanzan largas distancias. En el caso del electromagnetismo, las partículas son fotones, que no tienen masa; la fuerza electromagnética se extiende a una distancia infinita. Sin embargo, las partículas muy pesadas llamadas piones median la fuerza, por lo que su rango es extremadamente corto.

Fusión nuclear

La gravedad mantiene el sol y otras estrellas juntas; la enorme masa de hidrógeno y gas de helio produce presiones gigantescas en el núcleo, obligando a protones y neutrones a unirse. Cuando se acercan, la fuerza fuerte entra en juego y se unen, liberando energía en el proceso y transformando el hidrógeno en helio. Los científicos llaman a esto una reacción de fusión, y produce 10 millones de veces más energía que reacciones químicas como la quema de carbón o gasolina.

Estrellas de neutrones

Una estrella de neutrones es el remanente de una explosión que ocurre al final de la vida de la estrella. Es un objeto ultradenso, que consiste en la masa de una estrella comprimida en un área del tamaño de Manhattan. En la estrella de neutrones, la fuerza fuerte domina porque la explosión ha obligado a todos los protones y neutrones a unirse. La estrella no tiene átomos; se ha convertido en una gran bola de partículas. Debido a que los átomos son en su mayoría espacio vacío, y la estrella de neutrones tiene todo el espacio exprimido, su densidad es enorme. Una cucharadita de materia de estrella de neutrones pesaría 10 millones de toneladas. Debido a que la Tierra está hecha de átomos, si la fuerza fuerte actuó repentinamente a grandes distancias, todos los protones y neutrones se agruparían, dando como resultado una esfera de un par de cientos de metros de diámetro y con toda la masa original de la Tierra.