Física: ¿Cuál es la explicación de un laico de la diferencia entre fuerza fuerte y débil?

La fuerza fuerte mantiene a los quarks juntos dentro de los protones y los neutrones. También es indirectamente responsable de la fuerza nuclear (también conocida como la fuerza fuerte residual) que mantiene unidos protones y neutrones dentro de un núcleo atómico.

La fuerza débil juega un papel menos bien definido. Es parcialmente responsable de la diferencia entre neutrones y protones, y también proporciona un mecanismo para que los neutrones se descompongan en protones. Como tal, es responsable de algunas formas de desintegración radiactiva. También juega otros papeles más oscuros (por ejemplo, en la mezcla de generaciones o “sabores” de fermiones).

La naturaleza de la fuerza débil es muy similar a la del electromagnetismo: a corto alcance, se cae con el cuadrado inverso de la distancia. Pero debido a que está mediada por partículas (muy) masivas (a diferencia del fotón, que no tiene masa), más allá de cierto rango, la fuerza débil cae muy rápidamente y luego básicamente desaparece … a diferencia del electromagnetismo, que se vuelve débil, pero no obstante detectable a grandes distancias. , es decir, tiene un rango infinito.

La naturaleza de la fuerza fuerte es muy diferente. Al igual que un resorte de tensión que requiere una fuerza cada vez mayor a medida que lo estira, la fuerza fuerte también aumenta cuando intenta separar las partículas. Eventualmente, inviertes tanta energía separándolos, terminas creando nuevas partículas. Esta es parte de la razón por la cual nunca se observan quarks individuales: por ejemplo, cuando intentas sacar un quark de un protón, eventualmente inviertes suficiente energía para crear un nuevo par quark-antiquark, por lo que el protón permanece (o tal vez cambia en un neutrón o algo más exótico, dependiendo de qué quark se cree) y terminas con un mesón quark-antiquark (que luego se descompone fácilmente) en tus manos, no un solo quark.

En cuanto a la fuerza, a pesar de sus nombres, a corto alcance, la fuerza fuerte, débil y electromagnética tienen fuerzas muy similares. (La fuerza débil es “débil” porque la gran masa de su partícula mediadora significa que es de muy corto alcance; por lo tanto, en la vida real, sus efectos son muy limitados. Lo cual es bueno, porque de lo contrario no habría más … sin neutrones estables, sin átomos, sin química, sin nosotros.)

Y, de hecho, están unificados en una teoría algo torpe, pero sin embargo muy exitosa: el Modelo Estándar de física de partículas. Esta unificación a veces se denota con los símbolos [matemáticas] SU (3) _ {\ rm color} \ veces SU (2) \ veces U (1) [/ matemáticas], donde los diversos términos se refieren a grupos de simetría abstracta: grupo de simetría asociado con la fuerza fuerte “color” de carga, el grupo de simetría no abeliano (no conmutativo) de la fuerza débil y el grupo de simetría abeliana de electromagnetismo. Estas propiedades de simetría de las ecuaciones juegan un papel clave para mantener las ecuaciones manejables y conducir a predicciones significativas que se pueden verificar en experimentos de física de partículas.

La fuerza fuerte (interacción) es la fuerza que mantiene unidos a los neutrones y protones en núcleos atómicos. Es aproximadamente 100 veces mayor que la fuerza electromagnética entre partículas elementales cargadas, pero es una fuerza de corto alcance, importante para partículas separadas por menos de [matemática] 10 ^ {- 15} m [/ matemática] .

Los hadrones son las partículas subatómicas formadas por dos o tres quarks y participan en interacciones fuertes. Los hadrones se dividen en dos grupos de partículas elementales:
– Mesones: piones, kaons, etc.
– Bariones: protones, neutrones, etc.

La interacción fuerte se describe principalmente en términos del intercambio de hadrones virtuales, como las interacciones electromagnéticas entre partículas cargadas se representan en términos del intercambio de fotones virtuales.
La fuerza fuerte es fundamentalmente el resultado del intercambio de gluones (bosones de vector neutro sin masa) entre quarks y / o antiquarks en el marco de la cromodinámica cuántica (o QCD).

La débil fuerza de interacción entre las partículas elementales da lugar a procesos que tienen una baja probabilidad, como la desintegración beta radiactiva y las colisiones entre neutrinos y otras partículas.

La fuerza débil es más débil que la fuerza de interacción fuerte por un factor de aproximadamente [matemáticas] 10 ^ {12} [/ matemáticas] . Funciona en un rango muy corto, aproximadamente [matemáticas] 2 * 10 ^ {- 18} m [/ matemáticas].

Los neutrinos interactúan y se ven afectados solo por la fuerza de interacción débil, que es de un alcance mucho más corto que el electromagnetismo, y por la gravedad, que es relativamente débil en el nivel subatómico. Así, un neutrino normalmente atraviesa la materia normal con facilidad.

Los bosones son una clase de partículas elementales que incluyen mesones, fotones y partículas alfa. Tienen giros integrales y no obedecen el principio de exclusión de Pauli, lo que significa que el mismo estado cuántico puede estar ocupado por cualquier número de partículas idénticas.

La fuerza débil está mediada por el intercambio de una partícula pesada, un bosón de calibre. Este bosón puede ser la [matemática] W ^ + [/ matemática] o la partícula [matemática] W ^ – [/ matemática] o la [matemática] Z ^ 0 [/ matemáticas] partícula.
Estos bosones son similares al fotón que media la interacción electromagnética.

La desintegración beta es un ejemplo común de desintegración de interacción débil. Es muy débil y las partículas se descomponen relativamente lentamente por interacciones débiles, tienen vidas relativamente largas.

Fuerza fuerte , es la fuerza que mantiene a los protones y neutrones eléctricamente repelentes juntos en el núcleo. A pesar de otras tres fuerzas principales de la naturaleza, la fuerza fuerte aumenta en fuerza con el aumento de la distancia ([matemáticas] F \ propto r [/ matemáticas]). Para una explicación más detallada, vea mi respuesta aquí.

Mientras que las otras fuerzas mantienen las cosas juntas, la fuerza débil juega un papel más importante en las cosas que se desmoronan o se descomponen. La interacción débil es responsable tanto de la desintegración radiactiva de las partículas subatómicas como de la fisión nuclear. Al igual que la fuerza electromagnética y la gravedad, su fuerza tiene una correlación inversa con el cuadrado de la distancia ([matemática] F \ propto \ frac {1} {r ^ 2} [/ matemática]).

Las explicaciones dadas aquí son bastante precisas. Sin embargo, una idea importante para entender es que la “fuerza débil” no es una fuerza en absoluto. Su unidad es adimensional. He producido una explicación alternativa única de las fuerzas fundamentales, que muestra que la fuerza débil es en realidad una relación de la fuerza fuerte (magnética) y la fuerza electrostática (Coulomb).

En el modelo estándar, la gravedad, la fuerza fuerte y la fuerza electromagnética se expresan en unidades de fuerza, como newtons o unidades equivalentes. La “fuerza débil” se refiere correctamente no como una fuerza, sino como una interacción. Como Farough Taee señaló, la “fuerza débil” cuantifica cómo las cosas se desmoronan, no cómo se unen o se repelen entre sí.

En mi trabajo, todas las fuerzas se expresan en ecuaciones de tipo newtoniano y hay dos dimensiones de carga distintas y cuantificables. Una dimensión de carga se aplica a la carga electrostática (carga elemental) y la otra dimensión de carga (indefinida en el modelo estándar) se aplica a la carga de fuerza fuerte o magnética. Los datos de física disponibles ya proporcionan evidencia sustancial para apoyar esta hipótesis, y la ecuación de Casimir es equivalente a una ecuación de fuerza fuerte que se aplica al electrón. (En el modelo estándar, no se supone que el electrón se vea afectado por la fuerza fuerte, y sin embargo, eso es exactamente lo que la ecuación de Casimir termina cuantificando).

En el modelo estándar, la fuerza fuerte se ve como un tipo diferente de fuerza que la fuerza disponible en el magnetismo permanente, y sin embargo, no existe una cuantificación del modelo estándar de un portador magnético para explicar el magnetismo permanente. En el modelo estándar, el magnetismo se explica como una carga electrostática en movimiento a pesar del hecho de que el electrón, en sí mismo, tiene un dipolo magnético y un momento magnético. Como acabo de mencionar, en mi modelo la fuerza fuerte tiene un portador de carga único (y una geometría única) que se relaciona con la carga electrostática, y la relación de estos dos portadores de carga nos da la constante de estructura fina de electrones.

La fuerza fuerte es lo que mantiene unidos a los protones y neutrones en un núcleo, mientras que la fuerza débil es lo que hace que las partículas radiactivas se descompongan.

O incluso más simple:
La fuerza fuerte mantiene las cosas juntas mientras que la fuerza débil ayuda a las cosas a dividirse.

La fuerza fuerte mantiene unido un núcleo atómico. Es lo que vence la repulsión de protones unos contra otros.

La fuerza débil desgarra un núcleo atómico. Es lo que causa la desintegración radiactiva.

En términos de Física MC, todas las fuerzas (eléctricas, magnéticas, nucleares fuertes y débiles y de gravedad) son de naturaleza electrostática y siguen una Ley de Coulomb modificada (F = C1 * C2 / R ^ z, donde C1 y C2 son cargas separadas, R es distancia separada, z es exponente espacial) que se puede aplicar en todos los niveles del Universo. Todas las fuerzas son causadas por e interactúan solo entre cargas cuantificadas (es decir, monocargas). La clave es que las cargas mono opuestas de tipo carga causan una fuerza de carga de atracción que causa la formación de toda la materia. Más información sobre la unificación de la fuerza en los documentos de vixra: http://vixra.org/pdf/1701.0002v1 … y http://viXra.org/pdf/1701.0681v1.pdf .

En ese sentido, la fuerza fuerte está entre dos cargas mono que son las más fuertes conocidas y están muy cerca, incluso tocando, proporcionando las fuerzas de unión o unión más fuertes conocidas, entre esas cargas mono que hacen quarks. Si tales quarks se separan con gran fuerza, estas cargas electrostáticas más altas desestabilizarán electrostáticamente cada carga en la materia a su alrededor. El exponente z muy alto de estas fuertes cargas de baja velocidad proporciona un espacio altamente expandido y una dilución de fuerza rápida.

La fuerza débil en todos los niveles sigue también la Ley de Coulomb, las fuerzas débiles se generan entre al menos una monocarga de fuerza débil, con mayor distancia y con interferencias de fuerza externas. El exponente z más bajo debido a las velocidades más altas y las cargas más débiles permite una mayor proyección de las fuerzas aún débiles.