Interacciones fundamentales de la materia

Conjunto de fuerzas fundamentales que rigen las relaciones entre las partículas constituyentes de la materia del universo.

El conjunto de fenómenos que afectan a la materia del universo se rige en función de una serie de interacciones entre las partículas que lo conforman. Así, la atracción del Sol a los planetas que da lugar a su órbita o la simple caída de un objeto se regulan mediante la interacción gravitatoria, mientras que la luz visible, que impresiona la retina y permite la formación de imágenes en el cerebro, pone en juego interacciones de naturaleza electromagnética.

Los estudiosos de la materia han elaborado una lista de los tipos de fuerza existentes en ella. Dichas fuerzas o acciones, actualmente reducidas a cuatro, son:

Interacción gravitatoria. Es la fuerza de atracción que experimentan dos objetos con masa, que en el lenguaje común suele asociarse a la noción de peso. Se trata de la fuerza responsable de los movimientos de todo el universo –planetas, satélites estrellas, galaxias– y fue descrita por la teoría de la gravitación universal de Newton , modificada posteriormente por el modelo gravitacional de Einstein , en el marco de su teoría de la relatividad general. Su alcance es ilimitado y se registra entre todas las partículas.

Interacción nuclear débil. Es la que regula ciertos tipos de radiactividad y algunas interrelaciones entre partículas subatómicas. Queda limitada al ámbito de los leptones y hadrones y su alcance es el menor de los cuatro tipos de fuerzas fundamentales.

Interacción electromagnética. Es la fuerza a la que están sometidas todas las partículas que tienen carga eléctrica o momento magnético. Puede ser positiva o negativa y su alcance es infinito. Afecta a fenómenos de índole tan diferente como la electricidad, el magnetismo, la interacción entre luz y materia o la estructura atómico-molecular.

Interacción nuclear fuerte. Es la que se establece entre los quarks para formar hadrones. Es la de mayor intensidad pero su alcance es limitado a magnitudes subatómicas, aunque algo superior al de la nuclear débil. Es la responsable de la propiedad de los quarks conocida como color, de la que toma el nombre la cromodinámica cuántica, cuyo campo de estudio son las interacciones fuertes. A nivel supraatómico, tanto ésta como la nuclear débil no intervienen en los procesos químicos.

Las interacciones fundamentales entre dos partículas subatómicas son mediadas por una tercera, a la que se denomina partícula de campo o bosón gauge (en inglés, calibre). Estas partículas son distintas para cada una de las interacciones fundamentales: la mediadora de la interacción nuclear fuerte es el gluón, la de la electromagnética, el fotón, las de la nuclear débil, los bosones vectoriales W y Z, y la de la gravitatoria, el denominado gravitón, deducido de la teoría de la relatividad pero cuya existencia no se ha constatado experimentalmente.

La unificación de las interacciones fundamentales

El avance en el conocimiento de las fuerzas fundamentales de la naturaleza discurre hacia la consecución de una teoría unificada de la materia que permita explicar sus características físicas y químicas, su estructura y las fuerzas que intervienen en ella. Los primeros pasos en esta línea correspondieron a los británicos Isaac Newton, formulador de la teoría de la gravitación universal, y James Maxwell, que integró los fenómenos eléctricos, magnéticos y ondulatorios al postular las leyes del electromagnetismo. En el mismo sentido se planteó, ya en la década de 1970, la teoría de la interacción electrodébil, que propugnaba la unión de la fuerza electromagnética y la nuclear débil. Actualmente, se plantean modelos hipotéticos, como la teoría de gran unificación. Ésta añade a las tres primeras fuerzas la interacción nuclear fuerte, en busca de la llamada teoría del todo o gran teoría unificada, que aúna las cuatro fuerzas y conforma una, por el momento hipotética, ley de aplicación universal a la materia. Aunque se trata de planteamientos de física teórica, alejados de la práctica química, esta línea de especulación científica marca la dirección del establecimiento de la ley global que rige el conjunto de los fenómenos que tienen lugar en la naturaleza.