Gran pregunta!
El rango de las diversas fuerzas se rige por la masa de las partículas virtuales cuyo intercambio media la fuerza. Esto se debe al principio de incertidumbre de Heisenberg, que (en su forma de tiempo frente a energía) dice que cuanta más energía (o masa) “malverses del banco de energía”, más pronto tendrá que volver a depositarla. (Eventualmente, la energía se conserva, ¡pero tienes un poco de margen si eres rápido!)
Las interacciones electromagnéticas están mediadas por el intercambio de fotones virtuales (“virtuales” porque no son observables externamente, excepto cuando el observador es parte de la interacción). Los fotones tienen masa cero y se mueven a la velocidad de la luz, por lo que pueden recorrer un largo camino y la fuerza EM es tan larga como cualquier otra fuerza: se cae como el cuadrado inverso de la distancia entre las partículas cargadas.
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Si la gravedad está realmente gobernada por el intercambio de gravitones, entonces los gravitones también deben estar sin masa, ya que tiene el mismo largo alcance.
La fuerza nuclear fuerte, por otro lado, debe ser de corto alcance; de lo contrario, se extendería y uniría TODOS los nucleones y el universo sería un gran núcleo (y, obviamente, un agujero negro). Por suerte para nosotros, está mediado principalmente por el intercambio de mesones pi virtuales, cuya masa fue estimada correctamente en 1935 por Hideki Yukawa, quien reconoció esta relación. Consiguió la masa en unos pocos por ciento, una década antes de que los Piones fueran observados directamente en aceleradores.
La fuerza entre Quarks está mediada por el intercambio de gluones sin masa, que (a diferencia de los fotones) interactúan entre sí mediante “ramificación”; cuanto más se separan los quarks, más gluones se intercambian, en una especie de “árbol” de gluones. ¡Esto tiene la peculiar consecuencia de que la fuerza quark-quark no disminuye con la distancia ! Y dado que la aplicación de una fuerza constante a través de una distancia cada vez mayor funciona , eventualmente se almacena suficiente energía en el estiramiento para formar nuevas partículas que se emparejan con los quarks originales. Por esta razón (conocida como confinamiento de color) nadie ha visto un solo quark “desnudo”, y nadie lo verá nunca. Por esta razón, todavía hay personas que se preguntan si los quarks son “reales” o simplemente una metáfora matemática conveniente.
Como dijo el gran filósofo austríaco, ” ¿Quién ceahs? ” Funciona.
