Fuerza de interaccion nuclear fuerte

La fuerza de la fuerza

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En física nuclear y física de partículas, la interacción fuerte es una de las cuatro interacciones fundamentales conocidas, siendo las otras el electromagnetismo, la interacción débil y la gravitación. En el rango de 10-15 m (algo más que el radio de un nucleón), la fuerza fuerte es aproximadamente 137 veces más fuerte que el electromagnetismo, 106 veces más fuerte que la interacción débil y 1038 veces más fuerte que la gravitación[1] La fuerza nuclear fuerte confina los quarks en partículas hadrónicas como el protón y el neutrón. Además, la fuerza fuerte une a estos neutrones y protones para crear núcleos atómicos, donde se denomina fuerza nuclear. La mayor parte de la masa de un protón o un neutrón común es el resultado de la energía del campo de la fuerza fuerte; los quarks individuales sólo aportan alrededor del 1% de la masa de un protón.

La interacción débil

La fuerza nuclear fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La fuerza fuerte se “siente” entre los nucleones (protones y neutrones) dentro del núcleo de un átomo. La fuerza nuclear fuerte se denomina a veces simplemente fuerza fuerte o interacción fuerte[2].
Esta fuerza es lo suficientemente fuerte como para superar la fuerza de repulsión entre los dos protones cargados positivamente, permitiendo que los protones y los neutrones se peguen en un espacio inimaginablemente pequeño. La fuerza fuerte desaparece con la distancia mucho más rápido que la gravedad o la fuerza electromagnética, tan rápido que es casi imposible detectar la fuerza fuerte fuera de un núcleo. (La fuerza fuerte y la fuerza débil no son leyes cuadradas inversas).
El núcleo (y la distancia sobre la que actúa la fuerza fuerte) es increíblemente pequeño (véase el tamaño del universo para ver algunas demostraciones en línea que muestran esta escala). A pesar de estos pequeños tamaños, siguen produciendo una gran cantidad de energía. Como se discute en la página de trabajo, cuanto más fuerte es la fuerza (o cuanto mayor es la distancia), más energía se transfiere para una interacción. La fuerza fuerte almacena una cantidad increíblemente grande de energía en los núcleos en comparación con la fuerza electromagnética, que es la que gobierna las reacciones químicas. Por eso el combustible nuclear tiene una densidad ~1 millón de veces superior a la de cualquier combustible de origen químico (carbón, gas natural, petróleo); véase la densidad energética para ver los gráficos que muestran esta diferencia. El gran reto es que se requiere una ingeniería muy cuidadosa para acceder a la energía almacenada de la fuerza fuerte.

Retroalimentación

actúan entre dos o más nucleones. Unen protones y neutrones (“nucleones”) en núcleos atómicos. La fuerza nuclear es unos 10 millones de veces más fuerte que la unión química que mantiene a los átomos unidos en las moléculas. Esta es la razón por la que los reactores nucleares producen aproximadamente un millón de veces más energía por kilogramo de combustible en comparación con el combustible químico como el petróleo o el carbón. Sin embargo, el alcance de la fuerza nuclear es corto, sólo unos pocos femtómetros (1 fm $ = 10^{-15}$ m), más allá de los cuales disminuye rápidamente. Por eso, a pesar de su enorme fuerza, no sentimos nada de esta fuerza a escala atómica ni en la vida cotidiana. El desarrollo de una teoría adecuada de las fuerzas nucleares ha ocupado las mentes de algunos de los físicos más brillantes durante siete décadas y ha sido uno de los principales temas de la investigación física del siglo XX. La idea original era que la fuerza está causada por el intercambio de partículas más ligeras que los nucleones, conocidas como mesones, y esta idea dio lugar al nacimiento de un nuevo subcampo de la física moderna, a saber, la física de partículas (elementales). La percepción moderna de la fuerza nuclear es que se trata de una interacción residual (similar a la fuerza de Van der Waals entre átomos neutros) de la fuerza aún más fuerte entre quarks, que está mediada por el intercambio de gluones y mantiene a los quarks unidos dentro de un nucleón.

Interacción fuerte

Descomposición radiactivaAlfa α – Beta β (2β (0v), β+)  – Captura K/L – Isomérica (Gamma γ – Conversión interna) – Fisión espontánea – Desintegración en racimo – Emisión de neutrones – Emisión de protonesEnergía de desintegración – Cadena de desintegración – Producto de desintegración – Nucleido radiogénico
Fuerza (en unidades de 10.000 N) entre dos nucleones en función de la distancia, calculada a partir del potencial de Reid (1968)[1] Los espines del neutrón y del protón están alineados y se encuentran en el estado de momento angular S. La fuerza atractiva (negativa) tiene un máximo a una distancia de aproximadamente 1 fm con una fuerza de unos 25.000 N. Las partículas mucho más cercanas que una distancia de 0,8 fm experimentan una gran fuerza repulsiva (positiva). Las partículas separadas por una distancia superior a 1 fm se siguen atrayendo (potencial de Yukawa), pero la fuerza cae como una función exponencial de la distancia.
Energía potencial correspondiente (en unidades de MeV) de dos nucleones en función de la distancia, calculada a partir del potencial de Reid. El pozo de potencial es un mínimo a una distancia de aproximadamente 0,8 fm. Con este potencial los nucleones pueden unirse con una “energía de unión” negativa.

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