4 Fuerzas fundamentales PDF

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Ensayo objetivo sobre las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza...

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Jose David Guerrero Martinez

Termodinamica

Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturelaza Como esta inmerso en su nombre son fundamentales y son capaces de describir cualquier fenomeno que se de en la naturaleza sea el lugar y el momento que sea, puede decirse que debido a la presencia de esta fuerzas es posible ver, sentir y percibir las cosas en la naturaleza como lo hacemos, debido a que gracias a la presencia de las mismas el funcionamiento de la naturaleza se da de la forma en la que los cientificos alrededor de años de estudios e investigciones han logrado describir. Son cuatro fuerzas fundamentales que estan presentes en la naturaleza y todo lo que sucede en la misma puede decirse que es debido a la actuacion de una o varias de estas fuerzas, el electromagnetismo, la fuerza nuclear debil, la gravedad y la fuerza nuclear fuerte son quienes estan presentes en el universo y son diferenciadas porque en cada una se da el intercambio de un tipo diferente de particula que es denominada particula de intercambio o particula intermediataria. Las particulas de intercambio son denominadas bosones y son quienes estan involucradas directamente en el intercambio de energia y las particulas de origen son denominadas fermiones. El electromagnetismo o fuerza electromagnetica, que viene siendo la union entre la fuerza electrica y la fuerza magnetica, despues de muchos años de estudio y esfuerzo de muchos cientificos hoy en dia podemos apreciarla como una sola fuerza, de hecho de esta fuerza puede decirse que fue la primera que se conocio de forma analitica a traves de la historia y es una fuerza de alcance infinito que siente cualquier particula con carga en el universo. Es posible aseverar de esta fuerza que es la responsable de que existan los atomos y por ende se puede afirmar que es la responsable de que exista la materia, de efectos como la luz, la electricidad como la conocemos, el magnetismo, los rayos y cualquier cosa que sea vista en el planeta se puede decir que resulta de la fuerza electromagnetica. Hoy en dia es posible entender esta fuerza como una teoria cuantica de campos o mas conocida en el mundo cientifico y de la fisica como la electrodinamica cuantica (QED) que bien es acertado decir que hasta la fecha es la teoria cientifica demostrada con mayor grado de precision en el campo de la ciencia que trata estos temas.De lo anterior se describe a esta teoria de electrodinamica cuantica como una teoria gauge abeliana de simetria U(1), y por lo tanto un generador, un boson gauge. La fuerza electromagnetica afecta a los cuerpos electricamente cargados y es la fuerza que esta involucrada directamente en las transformaciones fisicas y quimicas de los atomos y moleculas; es mucho mas intesa que la fuerza de gravedad y tiene dos sentidos, uno positivo y uno negativo y como fue mencionado en parrafos anteriores su alcance es infinito. La fuerza nuclear fuerte fue establecida para entender los procesos energéticos que se dan en el átomo, debido a que concebimos la idea de que dos cargas iguales se repelen el conocer como funciona y que es esta fuerza nos ayuda a entender como es posible que dos

protones con cargas electromageticas igules estén en el nucleo, ya que esto es debido a una fuerza de atracción mayor que la electromagnética que viene siendo la fuerza nuclear fuerte que se encuentra presente allí en el interior del átomo. Esta fuerza no tiene en cuenta si son neutrones o protones las particulas que estan allí presentes sino que es aun mas fuerte que todo lo que esta ahi en el átomo. Esta fuerza siempre es atractiva y opera a nivel de quarks y a mayor escala se hace efectiva como una fuerza entre nucleones. Esta es una fuerza muy compleja y de muy corto alcance ya que apenas se siente mas allá del núcleo atómico, es muy intensa a pequeña escala y resulta siendo lo que se conoce como confinamiento, se va haciendo mucho mas débil según las particulas que están involucradas se van acercando entre si y esto se le conoce como libertad asintotica. Así que según lo anterior se puede decir que la fuerza fuerte es muy diferente a la que de forma subjetiva podríamos decirle sencilla fuerza electromagnética. Esto la convierte en una fuerza que no resulta sencilla de solucionar de forma exacta analítica y que en el modelo estándar. Es una fuerza que siente todos los quarks y que esta caracterizada por la carga de color que viene siendo análoga a la carga eléctrica ya que no se mide en positivo ni negativo sino que para esta fuerza es azul, verde y rojo y la teoría cuántica que la describe es la cromodinamica cuántica que apesar de su éxito como teoría es posible objetar que sigue siendo incompleta por su altísima intensidad así que se trata de una teoría gauge no abeliana SU(3) con 8 generadores u 8 bosones de gauge. La fuerza nuclear débil fue introducida para explicar la desintegración beta de partículas que no puede ser explicada ni con la interacción electromagnética ni con la fuerza fuerte, se trata de partículas con tiempos de vida bastante largos al tratarse de partículas que pueden durar segundos o incluso minutos y esto a nivel de partículas o comparado con la duración partiulas en las que se da una interaccion electromagnética y fuerte resulta ser bastante tiempo. La fuerza débil como su nombre lo indica es muy débil y de corto alcance y fue por esto mismo que le llevo tanto tiempo a la ciencia el descubrirla. Es la responsable de desintegracion beta de neutrones y los neutrinos son sensibles unicamente a esta clase de interaccion; la intensidad de esta fuerza es menor que la de la electromagnetica y su alcance es mucho menor que el alcance de la fuerza nuclear fuerte. Al descurirse esta clase de interaccion se postulo la existencia del neutrino al interior del nucleo del atomo. En el modelo estandar la fuerza debi se describe como una extension de la teoria cuantica de campos para el electromagnetismo, la electro dinamica cuantica, poduciendo asi una unificacion del electromagnetismo con la teoria de la fuerza debil. Haciendo parecer que ambas fuerzas no son diferentes sino que pueden resultar siendo dos diferentes manifestaciones de una misma fuerza, la electrodebil, es decir se trata de una teoria gauge no abeliana con simetria SU(2), representada con un algebra de Li con 3 generadores que aplica a la existencia de 3 bosones.

Fuerza de gravedad: La gravedad es la fuerza que ejerce un pedazo de materia sobre otros y es la fuerza mas comun de las 4 y la mas conocida de la cual tambien se dice que es la menos comprendida, es una fuerza de alcance infinito y que se aplica para todas las particulas con masa de la cual hay quienes dicen que es muy debil y de una sola direccion; a nivel cuantico, se tienen muy poco datos de esta fuerza, algunos cientificos dicen que es muy dficil diseñar un experimiento a nivel cuantico donde la gravedad tenga relevancia, su boson gauge es el graviton y es esta fuerza la unica que no se puede poner como una teoria cuantica de campos y por lo tanto no forma parte del modelo estandar. Hoy en dia la teoria que es utilizada para describir la fuerza de gravedad es la teoria de la relatividad general de albert einstein que es un muy diferente a la teoria cuantica. Lo anterior es posible decir que convierte la cuantizacion de la gravedad en uno de los retos mas estudiados de la fisica moderna y su alcance de la cual se han alcanzado dos teorias que no ha sido posible demostrar todavia como la teoria de cuerdas y la gravedad cauntica de bucles. Son 4 fueras conocidas hasta el momento que hacen presencia en la naturaleza de las cuales 3 es posible describirlas como una teoria cuantica de campos, el modelo estandar que las describe como si fueran un conjunto las 3, fuerzas que se dice son el resultado de intercambio de particulas mediadoras o bosones como ya fue mencionado en parrafos anteriores, gracias a estas fuerzas las particulas pueden intercambiar energia y momento entre si. Las particulas mediadoras o bosones gauge para la fuerza electromagnetica son los fotones, para la fuerza debil los tres bosones son los W+, W- y Z, para la fuerza fuerte los bosones son diferentes y son los gluones, que son particulas sin carga, tampoco masa pero son particulas con color. Es posible entender durante el desarrollo de este texto como resulta siendo el intercambio de particulas sub-atomicas o bosones cuando se presentan estos tipos de fuerza o interaccion a pesar de que cada uno difiere en su comportamiento sobre la materia y sus componentes hasta el momento conocidos. Un ejemplo de lo anterior es cuando dos electrones se repelen, o mejor aun dos imanes en el momento en el que se ven enfrentadas partes de estos de la misma carga, se sabe que en ese momento se estan dando el intercambio de dos bosones o mejor aun en el medio de los imanes se estan intermcambiando fotones. Por otro lado el graviton nunca ha sido visto por nadie y no se sabe aun como es que funciona en si la gravedad, no se sabe si es que el cuerpo de masa mayor le envia al de masa menor gravitones constantemente para que asi dicho cuerpo se mantenga en su lugar o realmente ocurra esto. Por lo tanto sigue siendo uno de los mayores logros de la fisica conocer el famoso graviton y es quizas el conocimiento de las ondas gravitacionales quien de via para la cuatizacion de la gravedad y asi de una forma mas acertada conocer el graviton. Una teoria que se pretende es el ver estas cuatro fuerzas como una unica superfuerza que las engloba a las 4....