Forza fondamentale , chiamato anche interazione fondamentale , nel fisica , una qualsiasi delle quattro forze fondamentali - gravitazionale , elettromagnetica , forte e debole - che governano il modo in cui gli oggetti o le particelle interagiscono e il decadimento di alcune particelle. Tutte le forze conosciute della natura possono essere ricondotte a queste forze fondamentali. Le forze fondamentali sono caratterizzate sulla base dei seguenti quattro criteri: i tipi di particelle che subiscono la forza, la forza relativa della forza, l'intervallo in cui la forza è efficace e la natura delle particelle che mediano la forza.
La gravitazione e l'elettromagnetismo sono stati riconosciuti molto prima della scoperta delle forze forte e debole perché i loro effetti sugli oggetti ordinari sono facilmente osservabili. La forza gravitazionale, descritta sistematicamente da Isaac Newton nel XVII secolo, agisce tra tutti gli oggetti aventi massa; fa cadere le mele dagli alberi e determina le orbite dei pianeti intorno al Sole. La forza elettromagnetica, definita scientificamente da James Clerk Maxwell nel XIX secolo, è responsabile della repulsione del simile e dell'attrazione del diverso cariche elettriche ; spiega anche il comportamento chimico della materia e le proprietà della luce. Le forze forti e deboli sono state scoperte dai fisici nel XX secolo quando finalmente hanno sondato il nucleo dell'atomo. La forza forte agisce tra quark , il costituenti di tutte le particelle subatomiche, inclusi protoni e neutroni . Gli effetti residui della forza forte legano insieme protoni e neutroni del nucleo atomico nonostante l'intensa repulsione reciproca dei protoni carichi positivamente. La forza debole manifesta stesso in certe forme di decadimento radioattivo e nelle reazioni nucleari che alimentano il Sole e le altre stelle. Gli elettroni sono tra le particelle subatomiche elementari che sperimentano la forza debole ma non la forza forte.
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Le quattro forze sono spesso descritte in base alle loro forze relative. La forza forte è considerata la forza più potente in natura. È seguito in ordine decrescente dalle forze elettromagnetiche, deboli e gravitazionali. Nonostante la sua forza, la forza forte no does manifesto stesso nel macroscopico universo a causa della sua gamma estremamente limitata. È limitato a una distanza operativa di circa 10−15metro: circa il diametro di un protone . Quando due particelle sensibili alla forza forte passano entro questa distanza, la probabilità che interagiscano è alta. La portata della forza debole è ancora più breve. Le particelle interessate da questa forza devono passare entro 10−17metro l'uno dall'altro per interagire, e la probabilità che lo facciano è bassa anche a quella distanza, a meno che le particelle non abbiano energie elevate. Al contrario, le forze gravitazionali ed elettromagnetiche operano ad un infinito gamma. Vale a dire, la gravità agisce tra tutti gli oggetti dell'universo, non importa quanto siano distanti, e un'onda elettromagnetica, come la luce di una stella lontana, viaggia inalterata nello spazio fino a incontrare una particella in grado di assorbirla.
Per anni i fisici hanno cercato di dimostrare che le quattro forze fondamentali sono semplicemente differenti dimostrazioni della stessa forza fondamentale. Il tentativo di maggior successo di tale unificazione è la teoria elettrodebole, proposta alla fine degli anni '60 da Steven Weinberg, Abdus Salam e Sheldon Lee Glashow. Questa teoria, che incorpora l'elettrodinamica quantistica (la teoria quantistica dei campi dell'elettromagnetismo), tratta le forze elettromagnetiche e deboli come due aspetti di una forza elettrodebole più elementare trasmessa da quattro particelle portatrici, i cosiddetti bosoni di gauge. Una di queste particelle portatrici è il fotone dell'elettromagnetismo, mentre le altre tre, la carica elettrica W+e W-particelle e il neutro Z0particella: sono associati alla forza debole. A differenza del fotone, questi bosoni di gauge deboli sono massicci ed è la massa di queste particelle portatrici che limita fortemente l'intervallo effettivo della forza debole.
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Negli anni '70 i ricercatori hanno formulato una teoria per la forza forte che è simile nella struttura a quantistica elettrodinamica. Secondo questa teoria, nota come cromodinamica quantistica, la forza forte viene trasmessa tra i quark da bosoni di gauge detti gluoni. Come i fotoni, i gluoni sono privi di massa e viaggiano alla velocità della luce. Ma differiscono dai fotoni per un aspetto importante: portano quella che viene chiamata carica di colore, una proprietà analogo per carica elettrica . I gluoni sono in grado di interagire tra loro grazie alla carica di colore, che allo stesso tempo ne limita il raggio d'azione.
Gli inquirenti stanno cercando di escogitare completo teorie che unificheranno tutte e quattro le forze fondamentali della natura. Finora, tuttavia, la gravità rimane al di là dei tentativi di tali teorie di campo unificate.
Il attuale la descrizione fisica delle forze fondamentali è contenuta nel Modello Standard della fisica delle particelle, che delinea le proprietà di tutte le particelle fondamentali e le loro forze. Le rappresentazioni grafiche dell'effetto delle forze fondamentali sul comportamento delle particelle subatomiche elementari sono incorporate in diagrammi di Feynman .
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