Hay dos fuerzas nucleares, conocidas como las fuerzas débiles y fuertes. Para comprender la naturaleza de estas dos fuerzas, tenemos que entender un poco más sobre la fuerza electromagnética.
En la teoría cuántica de campos (la teoría moderna de partículas y campos), las fuerzas se describen como transportadas por partículas conocidas como bosones. Los fotones, partículas de luz, son un tipo de bosón, y transmiten la fuerza electromagnética. Cuando una partícula con carga eléctrica se acelera, emite un fotón, y cuando una partícula con carga eléctrica absorbe un fotón, se acelera. La caricatura que hace una buena analogía es dos personas en patines lanzando una pelota de un lado a otro. Cada vez que cualquiera de ellos lanza o atrapa la pelota, aceleran un poco hacia atrás debido a la conservación del impulso. En esta analogía, los patinadores son electrones y la pelota es un fotón.
La fuerza nuclear débil se parece mucho a la fuerza electromagnética, pero es diferente en una forma clave. Hay tres bosones portadores de fuerza para la fuerza débil, conocidos como [matemática] W ^ {+} [/ matemática], [matemática] W ^ {-} [/ matemática] y [matemática] Z ^ {0} [ /matemáticas]. Estos son diferentes de los fotones en que todos tienen masa (bastante sustancial), y los bosones W también tienen carga eléctrica. Las grandes masas de estas partículas hacen que la fuerza débil sea de muy corto alcance y las interacciones débiles sean lentas y raras. Además, las interacciones débiles (excepto a energías extremadamente altas) generalmente toman la forma de descomposición de partículas en lugar de dispersión atractiva / repulsiva.
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La fuerza fuerte también es un poco inusual. Es la fuerza que une a los quarks dentro de los protones y los neutrones. Los bosones de fuerza para la fuerza fuerte se conocen como gluones. Estos son sin masa (como los fotones), pero a diferencia de los fotones, llevan la “carga” de su propia interacción, llamada * color *. Además, solo hay un tipo de carga eléctrica, que puede ser positiva o negativa, pero hay tres tipos de carga de color: rojo (y anti-rojo), verde (y anti-verde) y azul (y anti- azul). (Tenga en cuenta que estos son solo nombres, quarks y gluones en realidad no tienen color en el sentido normal, son demasiado pequeños).
Dado que los gluones tienen carga de color, pueden interactuar entre sí. El resultado de esto es que la fuerza fuerte en realidad se vuelve más fuerte con la distancia. De hecho, si intentas separar un solo quark de otros quarks, la energía de unión se vuelve tan grande que eventualmente se genera un par quark-antiquark, por lo que nunca puedes tener un solo quark libre.
Hay una especie de tercera fuerza nuclear que une protones y neutrones en núcleos. Esto es en realidad solo un efecto secundario de la fuerza nuclear fuerte, pero se comporta de manera muy parecida a una fuerza por derecho propio. Para esta fuerza nuclear, los portadores de fuerza son piones, un tipo de partícula formada por un quark y un antiquark.
