Forces fonamentals

En física, les forces fonamentals o interaccions fonamentals són el mecanisme mitjançant el qual les partícules interaccionen entre si, i aquestes interaccions no poden ser explicades d'altra manera.

Hi ha quatre forces fonamentals que són les responsables de tots els fenòmens físics observats a l'univers:

• Força nuclear feble, també anomenada senzillament força feble o interacció dèbil.
• Força electromagnètica.
• Força nuclear forta, també anomenada senzillament força forta o interacció forta.
• Força gravitatòria.

Força nuclear feble o dèbil

Actua a l'interior del nucli a distàncies molt curtes. És molt més dèbil i $10^{12}$ vegades més petita que la força nuclear forta. És la responsable d'alguns fenòmens radioactius.

Força electromagnètica

Actua entre càrregues elèctriques i pot ser una força d'atracció o de repulsió. Es debilita amb la distància. És la responsable de les unions entre àtoms i molècules, de les accions entre imants i del fet que els motors elèctrics girin. També és responsable de totes les forces que ens envolten (forces de xoc, de fregament, elàstiques...), menys de les gravitatòries.

Força nuclear forta

Actua entre les partícules atòmiques del nucli i és una força d'atracció. És la més intensa i només actua a distàncies petitíssimes. No la notem, però és fonamental perquè la matèria existeixi tal com la coneixem, sense aquesta interacció no existirien els nuclis dels àtoms.

Força gravitatòria

Actua entre masses i és sempre una força d'atracció. Amb la distància es debilita. Sembla ser la més present, però n'és la més dèbil. És la responsable del pes, del gir dels planetes al voltant del Sol i de l'estructura de l'Univers en general.

En física clàssica, les lleis de la gravitació i de l'electromagnetisme són considerades com a axiomes, però en la teoria quàntica de camps aquestes forces són descrites a partir de l'intercanvi de bosons virtuals. El model estàndard de física de partícules descriu les interaccions fortes, febles i electromagnètiques, però encara no hi ha una teoria quàntica de la gravitació.

La grandària de les forces fonamentals és molt diferent segons el cas (vegeu el quadre de sota), però si l'energia cinètica de les partícules augmenta s'aproximen. Es considera que les quatre forces fonamentals tenien la mateixa magnitud a l'entorn de les altíssimes energies que hi havia just després del big-bang.

Interacció	Teoria actual	Mediadors	Força relativa¹	Comportament a llarga distància	Rang (m)
Forta	Cromodinàmica quàntica (CDQ)	gluons	1038	$1$	10-15
Electromagnetisme	Electrodinàmica quàntica (QED)	fotons	1036	$\frac{1}{r^2}$	infinit
Feble	Teoria electrofeble	bosons W i Z	1025	$\frac{e^{-m_{W,Z}r}}{r}$	10-18
Gravitació	Relativitat general (RG)	gravitons	1	$\frac{1}{r^2}$	infinit

Nota

• 1. Aproximadament. La força exacta depèn de les partícules i les energies.