| GRAVITAȚIA | ELECTROMAGNETISMUL | FORȚA TARE | FORȚA SLABĂ |
Cel mai probabil surprinzător pentru cei nefamiliarizați cu subiectul, toate tipurile de schimbări cunoscute în univers pot fi explicate de doar patru forțe fundamentale.
Prima forță pe care fizicienii au ajuns să o înțeleagă a fost gravitația, care „atrage” orice lucru care are masă sau energie către alte obiecte cu masă sau energie.
Mecanismul gravitației, conform teoriei generale a relativității a lui Albert Einstein, este următorul: masa și energia deformează spațiul și timpul; orice obiect va părea să urmeze o traiectorie curbată pe măsură ce se deplasează de-a lungul acestor deformări.
A doua forță pe care fizicienii au reușit să o demistifice a fost electromagnetismul, care acționează asupra obiectelor cu sarcină electrică (pozitivă sau negativă), precum protonii și electronii sau orice altceva cu un număr diferit de astfel de particule, care are astfel o sarcină totală negativă sau pozitivă.
Electromagnetismul are rolul cel mai important în menținerea materiei laolaltă. El păstrează electronii în proximitatea nucleului atomic, determină atomii să se grupeze în molecule și cuplează moleculele pentru a forma obiecte inerte sau ființele de pe Terra.
Atracția și respingerea electromagnetică pot fi descrise în termeni de schimburi de fotoni, particulele fără masă care alcătuiesc radiația electromagnetică.
Celelalte două forțe rămase sunt mai puțin familiare, deoarece acționează doar la nivelul nucleului atomului.
Una este forța tare, care ține împreună quarcurile, particulele fundamentale din nucleu care formează protonii și neutronii.
Forța tare acționează asupra obiectelor care au un tip de sarcină denumit poetic „culoare”, astfel încât atrage quarcurile între ele, dar nu și structurile mai mari, „neutre din punct de vedere cromatic”, precum atomii, moleculele sau oamenii.
Forța tare este atât de puternică, încât quarcurile nu pot scăpa niciodată din nucleu pentru a pluti liber prin spațiu, astfel încât sarcina cromatică dezechilibrată — și forța tare însăși — rămân captive în nucleu.
Ultima forță se numește forța slabă. Principalul ei efect este de a transforma un tip de particulă (un quarc, de exemplu) într-un altul. Acest tip de transformare stă la baza fenomenelor radioactive precum dezintegrarea beta, în care un quarc ce se modifică în interiorul unui neutron face ca acel neutron să se transforme într-un proton, emițând pe parcurs un electron și un neutrino.
O variație a acestui proces face posibilă fuziunea protonilor în Soare și strălucirea acestuia.
Forța slabă rămâne în interiorul nucleului, deoarece este transportată de particule — bozonii W și Z — care au mase mari, ceea ce le limitează distanța de deplasare.
Forța tare, forța slabă și electromagnetismul, împreună cu particulele asupra cărora acționează, formează teoria modelului standard al fizicii particulelor, o teorie a lumii cuantice dezvoltată în anii '70 și validată prin nenumărate experimente.
Forțele modelului standard ar putea fi doar umbre ale unei forțe unice, care se dezvăluie atunci când particulele se ciocnesc cu suficientă violență. În coliziuni la mare energie, bozonii forței slabe își pierd masa și acționează ca fotonii, iar forța slabă se unește cu forța electromagnetică pentru a forma interacțiunea „electroslabă”. La energii și mai mari, se alătură oare și forța tare?
Mulți fizicieni au crezut cândva că da, întrucât la o anumită energie foarte mare toate cele trei forțe sunt așteptate să aibă o intensitate similară (forța tare slăbește la energii mari, în timp ce forța electroslabă se intensifică). Însă experimentele care caută dezintegrarea protonilor, ceea ce ar fi un efect secundar al acestei unificări a forțelor, nu au dat încă rezultate.
Forța slabă îi fascinează de asemenea pe fizicieni deoarece este singura forță care prezintă „chiralitate”, tratând diferit particulele care se rotesc într-un sens față de cele care se rotesc în sens opus. Acest tratament special ar putea explica de ce toate speciile de pe Pământ folosesc ADN care constituie în formă de spirală în aceeași direcție.
Și chiar dacă fizicienii cunosc ecuația care guvernează forța tare, ea nu poate fi rezolvată matematic în condițiile obișnuite. Așadar, fizicienii trebuie să se bazeze în mare măsură pe experimente pentru a privi în interiorul protonului.
În ce privește gravitația, deși relativitatea generală funcționează bine în aproape toate situațiile, fizicienii speră în cele din urmă să o explice ca un schimb de particule cuantice.
Gravitația are trăsături care o fac complet diferită de celelalte forțe și, prin urmare, dificil de încadrat în același limbaj al particulelor. Dar, în mod surprinzător, anumite calcule gravitaționale sunt egale cu pătratul anumitor calcule din fizica particulelor — o conexiune misterioasă între gravitație și celelalte forțe, pe care fizicienii încă încearcă să o înțeleagă.
Ce tărie au forțele fundamentale?
Adaptare după QuantaMagazine
