Introducción
Todo lo que ocurre en el Universo está regido por fuerzas que interactúan entre los cuerpos, la materia, y en lo que constituye nuestra naturaleza.
El Universo está gobernado por cuatro fuerzas fundamentales que interactúan entre las distintas formas de la materia y de la energía.
Éstas son la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la fuerza fuerte, y no derivan de otras, ni resultan de la combinación de ellas.
Son fuerzas involucradas en todo lo que conocemos del universo, desde lo muy grande hasta lo muy pequeño, e inciden en nuestro diario vivir.
Las fuerzas que más estamos familiarizados son la gravitacional y la electromagnética. Las otras dos fuerzas, débil y fuerte, pertenecen al mundo subatómico o nuclear.
¿Estas fuerzas afectan todo por igual?
No todas las fuerzas o interacciones fundamentales afectan por igual a todas las partículas y de la misma forma. Se diferencian unas de otras por su alcance, su interacción en la distancia, intensidad y estabilidad.
Por ejemplo, la interacción gravitacional afecta a todas las partículas de manera proporcional según sea su masa.
La interacción electromagnética solo influye en aquellas partículas eléctricamente cargadas positivamente o negativamente.
La interacción débil está involucrada en los procesos de desintegración nuclear como en la radiactividad, y la interacción fuerte afecta solo a los quarks.
Foto tomada de Google imágenes
¿Qué modelo teórico describe las características de estas fuerzas?
Todas estas interacciones se describen mediante el llamado Modelo Estándar (MS), que desarrolla un conjunto de teorías que caracterizan estas propiedades. (ver https://aquiestamosonline.com/particulas-constitutivas-del-universo/ )
Básicamente, las teorías que sustentan este modelo son las teorías cuánticas de campos. Estas teorías reciben nombres muy sugestivos como Electrodinámica cuántica, Cromodinámica cuántica y Cuántica de sabores.
En realidad, para describir el MS se requiere de un desarrollo matemático complejo que queda fuera del alcance de esta publicación.
Se necesita recurrir, para su descripción, al álgebra lineal, cálculo infinitesimal, tensores, teoría de grupos, mecánica cuántica, teoría de la relatividad, teoría de cuerdas, entre otras.
¿Y, que es un campo cuántico?
Un campo cuántico es un objeto no localizado en cierta región de espacio, es decir, que está distribuido en todo el espacio-tiempo del universo.
Por tanto, se requiere de partículas virtuales que sean portadoras de este campo. El fotón es portador de la fuerza electromagnética en un campo electromagnético. Los gluones, portadores de la fuerza fuerte y, los bosones W y Z, de la interacción débil.
Foto tomada de Google-img: Diagrama de Feynman
El gráfico muestra la interacción entre dos electrones, donde el fotón emitido se propaga en la interacción, de tipo repulsiva, que los aleja por tener idéntica carga negativa.
Un Diagrama de Feynman (Richard Feynman, físico) utiliza dibujos para representar las distintas interacciones de partículas y facilitar los respectivos cálculos complejos.
Las líneas rectas representan la interacción de fermiones, como el electrón, y la línea ondulada representa una partícula portadora de campos cuánticos (bosones), como el fotón.
Se cree, hipotéticamente, que el gravitón es la partícula portadora del la fuerza gravitacional en un campo gravitacional. Aún se espera la comprobación experimental de su existencia.
Otros modelos extendidos del Modelo Estándar (MS)
El modelo extendido de Shaposhnikov, plantea que el MS presenta algunas deficiencias para explicar ciertos asuntos relacionados con la materia oscura y el vacío.
El Modelo Estándar extendido de Shaposhnikov, para explicar la asimetría de los bariones, añade otras partículas: tres neutrinos muy masivos.
Foto tomada de Google imagenes: Modelo Estándar Extendido
El modelo estándar extendido propuesto por Ballesteros G. y col., plantean el modelo SM*A*S*H, que hace referencia a nuevas partículas supermasivas: un bosón escalar, un axión y un quarks vectorial.
Imagen tomada de Google imagenes: Modelo Estándar Extendido MS*A*S*H
Lo importante de este último modelo, es que resuelve teóricamente varios problemas básicos como:
a. El bosón de Higgs junto con el nuevo bosón escalar explicarían la inflación cósmica
b. Los nuevos neutrinos explicarían la asimetría entre materia y antimateria, es decir, la asimetría en la génesis bariónica. Y,
c. El axión explicaría la materia oscura fría (CDM, Cold Dark Matter)
Estos modelos son aportes a la física teórica o a la especulación científica, cuyas predicciones podrían ser falseadas en próximas décadas. Habrá que esperar mientras tanto por este camino su confirmación o negación.
Como vemos, este es un vasto campo de teorías que sobresalen a las grandes dudas que dejan los modelos existentes y sus teorías que los apoyan.
La ciencia sigue avanzando hacia la búsqueda de nuevas soluciones a grandes enigmas y desafíos que se suscitan tanto en la mecánica cuántica, en la teoría de la relatividad y en la teoría de cuerdas.
¿Existen nuevas investigaciones?
Sí, son muchos los estudios científicos que buscan solucionar diversas preguntas que plantean teorías emergentes en las últimas dos décadas, para la búsqueda de una mejor comprensión del Universo.
Solo quiero traer una propuesta osada de algunos científicos húngaros que plantearon en el 2019, haber encontrado una quinta fuerza universal que denominaron X17.
Esta idea surgió por casualidad al querer interpretar una continua anomalía que detectaron en el año 2015 al buscar signos de materia oscura.
Pese al escepticismo de muchos colegas científicos, aún se siguen recopilando muchas pruebas de este nuevo bosón, que parece tener una masa 50 veces menor a la del protón.
Los científicos de Chicago en Estados Unidos, sostienen que esta nueva fuerza de la naturaleza, desconocida hasta el momento, puede estar actuando sobre las partículas muones (un tipo de leptones).
En caso de que se pruebe la existencia de esta partícula, como la quinta fuerza fundamental del universo, revolucionaría toda la física actual. Habrá que esperar algunos años para su confirmación o descarte.
Déjanos tus impresiones sobre este interesante tema en la caja de comentarios.
¡Hasta pronto!
