1. Las cuatro interacciones

InteracciónAlcanceIntensidad relativaMediador
Nuclear fuerte$\sim10^{-15}$ m1gluón
Electromagnéticainfinito$10^{-2}$fotón
Nuclear débil$\sim10^{-18}$ m$10^{-6}$bosones $W^\pm, Z^0$
Gravitatoriainfinito$10^{-39}$(gravitón, hipotético)

2. Ejemplos resueltos

¿Qué interacción mantiene unido el núcleo, a pesar de la repulsión eléctrica entre protones?

La interacción nuclear fuerte (de corto alcance).

¿Qué interacción es responsable de la desintegración $\beta$?

La interacción débil.

Compara la fuerza eléctrica y la gravitatoria entre un electrón y un protón.

$\dfrac{F_e}{F_g}=\dfrac{ke^2}{Gm_em_p}=\dfrac{9\cdot10^{9}(1{,}6\cdot10^{-19})^2}{6{,}67\cdot10^{-11}\cdot9{,}1\cdot10^{-31}\cdot1{,}67\cdot10^{-27}}\approx2{,}27\cdot10^{39}$

Un electrón y un positrón en reposo se aniquilan en dos fotones. Calcula la energía de cada fotón y su longitud de onda ($m_ec^2=0{,}511$ MeV).

Se conserva la energía: $2\cdot0{,}511=1{,}022$ MeV en total, luego cada fotón tiene $E=0{,}511$ MeV.

$\lambda=\dfrac{hc}{E}=2{,}43\cdot10^{-12}\ \mathrm{m}$

¿Cuál es la energía mínima de un fotón para producir un par electrón-positrón?

$E_{min}=2m_ec^2=2\cdot0{,}511=1{,}02\ \mathrm{MeV}$ (en presencia de un núcleo que absorba el momento).

1. La partícula mediadora de la interacción electromagnética es: (1 punto)

2. La interacción más débil de las cuatro es: (1 punto)

3. La desintegración beta está regida por la interacción: (1 punto)

4. ¿Qué interacción actúa entre un neutrino y la materia (además de la gravitatoria)? (1 punto)

5. Problemas numéricos (c = 3·10⁸ m/s; h = 6,63·10⁻³⁴ J·s; 1 eV = 1,6·10⁻¹⁹ J; 1 u = 931,5 MeV/c²; m_e = 9,1·10⁻³¹ kg): (3 puntos)

a ) Cociente F_e/F_g entre dos protones (en 10³⁶).

b ) Energía mínima (MeV) de un fotón capaz de crear un par electrón-positrón.

c ) Longitud de onda (en 10⁻¹² m) de un fotón de 0,511 MeV.