Investigación sobre las fuerzas fundamentales y el modelo estándar (link de consulta https://n9.cl/bgjk6).
— Finalidad del modelo estándar
- El modelo estándar es la teoría física que describe y agrupa las partículas elementales que componen la materia (quarks y leptones) y las partículas mediadoras de la interacción.
- Su finalidad es explicar, en un marco cuántico unificado, las interacciones nuclear fuerte, nuclear débil y electromagnética, además de predecir resultados verificables experimentalmente.
- No incluye, hasta hoy, la interacción gravitatoria, que se describe con la relatividad general y sigue sin integrarse al modelo (problema de la unificación con la gravedad).
- El modelo agrupa las partículas en tres familias (generaciones) y organiza las interacciones según los grupos de simetría SU(3) \times SU(2) \times U(1).
Describir y clasificar las partículas elementales de la materia y las partículas que median las interacciones fuerte, débil y electromagnética, explicando con precisión cuántica las propiedades de estas fuerzas.
— Las cuatro fuerzas fundamentales
- La fuerza gravitatoria actúa entre toda par de masas; es siempre atractiva y su intensidad relativa es del orden de 10^{-39}.
- La fuerza electromagnética actúa entre cargas eléctricas; puede ser atractiva o repulsiva; intensidad relativa 1.
- La fuerza nuclear fuerte (fuerza fuerte) mantiene unidos los quarks dentro de protones y neutrones y los une entre sí en el núcleo; intensidad relativa \approx 10^{2}.
- La fuerza nuclear débil (fuerza débil) es la responsable de los decaimientos beta y de las transformaciones de un quark en otro; intensidad relativa \approx 10^{-6}.
Gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.
— Definición y características de la fuerza electromagnética
- Definición: es la interacción que actúa entre partículas dotadas de carga eléctrica (positivas o negativas); se describe por la ley de Coulomb y por las ecuaciones de Maxwell.
- Es atractiva entre cargas opuestas y repulsiva entre cargas iguales, con ley de la inversa del cuadrado: F = k\,\dfrac{q_{1}q_{2}}{r^{2}}, donde k = 9\times10^{9}\ \text{N}\cdot\text{m}^{2}/\text{C}^{2}.
- Actúa a distancias considerables, de ahí que sea la fuerza dominante a escala macroscópica.
- Es mediada por el fotón (\gamma), partícula sin masa ni carga que viaja a la velocidad de la luz c = 3\times10^{8}\ \text{m/s}.
- Curiosidad: su intensidad relativa frente a la fuerte se mide por la constante de estructura fina \alpha \approx \dfrac{1}{137}; el valor exacto, con \alpha^{-1} = 137{,}035\ldots, sigue sin explicarse desde el modelo estándar.
- Con la unificación de Maxwell, se demostró que la electricidad y el magnetismo son una misma interacción: una carga en movimiento genera campo magnético, y un campo magnético variable induce un campo eléctrico.
Es la interacción entre cargas eléctricas, de intensidad relativa 1, mediada por el fotón y de alcance largo; determina la estructura atómica, los enlaces químicos, la luz y todos los fenómenos eléctricos y magnéticos.
— Primera fuerza explicada de manera analítica
- La fuerza gravitatoria fue la primera en formularse de forma analítica y verificable.
- Isaac Newton la enunció en su Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687) con la ley de la gravitación universal:
- F_{g} = G\,\dfrac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}, con G = 6{,}67\times10^{-11}\ \text{N}\cdot\text{m}^{2}/\text{kg}^{2}.
- Con ella Newton unificó la caída de los objetos y el movimiento de los planetas: la misma fuerza que hace caer una manzana es la que mantiene a la Luna en órbita.
- Posteriormente (1915) Einstein la reinterpretó como curvatura del espacio-tiempo, pero la explicación analítica clásica sigue siendo la de Newton.
La fuerza gravitatoria, explicada analíticamente por Newton en 1687 mediante la ley de la gravitación universal.
— Significado de las siglas Q.E.D.
- Q.E.D. son las iniciales del latín Quod Erat Demonstrandum.
- Se escriben al final de una demostración matemática o científica para indicar que lo que se iba a demostrar ya quedó probado.
- Equivale en español a «lo que se quería demostrar» y se usa también como quod erat faciendum (lo que se quería hacer) en las actividades.
Resumen de la investigación
| Fuerza | Actúa sobre | Alcance | Mediada por | Intensidad relativa |
|---|---|---|---|---|
| Gravitatoria | masa | largo (infinita) | gravitón (hipotético) | 10^{-39} |
| Electromagnética | carga eléctrica | largo | fotón \gamma | 1 |
| Nuclear fuerte | quarks y hadrones | corto (\approx 10^{-15}\ \text{m}) | gluones | 10^{2} |
| Nuclear débil | quarks y leptones | muy corto (\approx 10^{-18}\ \text{m}) | bosones W^{\pm}, Z^{0} | 10^{-6} |
Quod Erat Demonstrandum*: «lo que se quería demostrar».








