El Equilibrio de las Fuerzas Fuerte y Electromagnética
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La fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética son las más fuertes de las cuatro fuerzas fundamentales. Sin embargo, se enfrentan entre sí en el pequeño mundo del núcleo. Si la fuerza nuclear hubiera sido siempre la predominante, entonces la materia en el universo primitivo se habría agrupado en átomos pesados y no habría habido las nubes de hidrógeno y helio que dieron origen a las estrellas. Si la fuerza electromagnética hubiera sido siempre la predominante, entonces, los núcleos no serían estables y no se habrían formado cantidades apreciables de elementos pesados. |
La extrema sensibilidad del decaimiento radiactivo en el equilibrio entre las fuerzas fuerte y electromagnética se puede ilustrar con el decaimiento alfa. El decaimiento alfa se puede modelar como un túnel mecánico cuántico de partículas alfa, a través de una barrera que se forma por la acción competitiva de las fuerzas. La ilustración de la derecha muestra la semivida radiactiva como función de la energía de la partícula alfa en la serie radiactiva natural. La semivida radiactiva varía más de 20 órdenes de magnitud con sólo un poco más de un factor de dos en la energía de las partículas alfa. |
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La sensibilidad de la semivida del decaimiento radiactivo al equilibrio entre las fuerzas nuclear fuerte y electromagnética, se puede ilustrar mediante el modelado del decaimiento alfa del polonio-212. La semivida observada de este isótopo radiactivo es 0,3 μs. Modelando este núcleo como una esfera que decae por efecto túnel alfa, da una semivida calculada de 0,24 μs, por lo que el modelo da una estimación razonable. Si la fuerza electromagnética reduce su intensidad en un 1%, y se hace un cálculo idéntico, la semivida calculada es de 0,12 μs. ¡Sólo un 1% de disminución, acorta la semivida radiactiva a la mitad de su valor anterior!. |
Reducir a la mitad el tiempo de vida radiactiva tendría efectos enormes. En cualquier momento dado, de una masa dada de un radioisótopo, se recibiría el doble de la dosis de radiación. El calentamiento del interior de la Tierra por causa de los radioisótopos como el uranio y el torio, inicialmente tienen una tasa dos veces más grande, pero disminuiría más rápidamente. No se darán tales escenarios hipotéticos, pero sirven para hacer énfasis de que un cambio de un 1% en el equilibrio de las fuerzas electromagnéticas y la nuclear fuerte, tendría un drástico impacto sobre el futuro del universo.
De hecho, las intensidades relativas de las cuatro fuerzas fundamentales es de importancia crítica en el tipo de universo que puede existir. La naturaleza de la interacción nuclear débil es también crucial en el universo primitivo. Es responsable del decaimiento del neutrón con una semivida de aproximadamente 15 minutos. Un típico tiempo de vida de decaimiento de interacción débil es del orden de 10-13 segundos, por lo que el neutrón tiene una increíblemente larga duración en comparación con sus compañeros que también decaen por la interacción débil. El equilibrio de la interacción débil con las fuerzas que mantienen juntos los neutrones es muy delicado. La duración relativamente larga de la neutrones, encaja en la imagen de la naturaleza crítica de la velocidad de expansión del universo primitivo.
| ¿Por qué la Tasa de Expansión es Crítica? |
HyperPhysics  | M Olmo R Nave |