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.
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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.