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INTERACCIONES FUERTES


La existencia de núcleos atómicos, teniendo en cuenta que los protones son positivos, sería imposible si no existieran unas fuerzas que impidiesen las repulsiones eléctricas.
Ha de existir, necesariamente, una fuerza que mantenga protones y neutrones unidos cuando se mueven dentro del volumen nuclear, es decir, a cortas distancia del orden de un fermi. Esta fuerza es debida a una nueva interacción llamada interacción fuerte, de carácter esencialmente diferente a la electromagnética.
En 1935, H.Yukawa formuló una interesante analogía entre las interacciones electromagnética y fuerte, conjeturando que la interacción fuerte era debida al intercambio de una nueva partícula entre nucleones (protones y neutrones). Esta nueva partícula portadora de la interacción fuerte recibió el nombre de mesón de Yukawa. Estimaciones teóricas de las masas de los mesones de Yukawa, así como de la intensidad de la interacción entre piones y nucleones, condujeron a la identificación de los mesones de Yukawa con los piones pi+ y pi-.
¿Hay también mesones de Yukawa eléctricamente neutros?. La respuesta es afirmativa. Hacia 1950 ya estaba confirmada la existencia de una nueva partícula con masa 135 MeV/c2: el pión neutro piº. Por lo tanto, según la Teoría de Yukawa, los tres piones eran los portadores de la interacción fuerte. El piº es inestable y se desintegra en dos fotones.
Hoy en día se acepta que la hipótesis de Yukawa, aunque correcta en muchos aspectos, tiene limitaciones, y se conoce otra teoría más fundamental de la interacciones fuertes: la Cromodinámica Cuántica. En ella, los mediadores elementales de la interacción fuerte ya no son los piones, aunque en Física de bajas energías, inferiores a 1000 MeV, gran número de situaciones físicas se pueden aproximar, en términos de estos últimos, al estudio anterior.
Siguiendo el ejemplo de la Electrodinámica Cuántica, se acepta que las interacciones fuertes vienen descritas por una teoría invariante gauge bajo el grupo de simetría SU(3), a la que se le da el nombre de Cromodinámica Cuántica (1973). Los quarks, componentes de protones y neutrones, interaccionan entre sí mediante el intercambio de unas nuevas partículas mediadoras llamadas gluones, siendo por lo tanto éstos los cuantos mediadores de la interacción fuerte. La teoría es renormalizable y tiene, por tanto, poder predictivo.
Los gluones son partículas con masa y carga eléctricas nulas y con spin igual a uno. ¿Cuántos gluones hay? En total tenemos ocho gluones en Cromodinámica Cuántica, frente a un solo fotón en Electrodinámica Cuántica. La QED es una Teoría relativamente sencilla porque el fotón no interacciona consigo mismo al no tener carga eléctrica; pro en el caso de la Cromodinámica Cuántica y los gluones es diferente, tal que éstos interaccionan entre ellos debido al "color". Se especula con la existencia de estados ligados formados sólo por gluones, los llamados glueball o bolas de gluones, que no han sido detectados experimentalmente.
Indicación indirecta de la existencia de los gluones ha sido proporcionada por la desintegración de la partícula J/Ÿ, dando tres "chorros"de hadrones a altas energías: un gluón da lugar a un chorro intermedio de quarks y antiquarks que se mueven en la misma dirección, y que, al recombinarse, originan el chorro final de hadrones observados.