Las partículas "sienten" una forza debido a la presencia de otra partícula que posee una misma clase de carga.

Esta carga es una propiedad de las partículas que determina la intensidad y la participación en el proceso de interacción. Una partícula con carga eléctrica tiene interacción electromagnética; unha con carga fuerte (o carga de color) tendrá interacción fuerte, si tiene carga débil (isospin o hipercarga) tiene interacción débil, y, finalmente, si tiene carga inercial (masa) determina la interacción gravitatoria.

ΔE·Δt ~ ℏ ⇒ ΔE~ ℏ/Δt ⇒ Δm·c²~ ℏ/Δt

Δm ~ ℏ/(Δt·c²)   (1)

Puede existir una partícula con masa Δm mientras sua duración no supere Δt.

El significado del Principio de Heisenberg a este respecto, se puede expresar diciendo que "algo" puede surgir de la "nada" si ese "algo" vuelve a ser "nada" después de un muy breve lapso de tiempo. Un intervalo demasiado corto para ser observado ese "algo". Estas micro-violaciones de la conservación de la energía no solamente están permitidas sin no que en el vacío continuamente pares partícula-antipartícula aparecen y se aniquilan. Aunque esas partículas, llamadas con razón PARTÍCULAS VIRTUAIS, no pueden ser observadas individualmente, su existencia es indiscutida.  La figura muestra la interacción entre dos electróns "usando" un fotónirtual (diagrama de Feynman). v

En virtud de relación vista en (1), cuanto menos masa tenga una partícula virtual, más tiempo puede durar y viceversa. Así, un fotón virtual o un gravitón virtual como tienen masa nula pueden durar un intervalo de tiempo infinito, mientras que un protón o un antiprotón virtuales durarán un tiempo muy pequeños.

Para cada interacción hay una partícula "portadora" de la fuerza (un bosón) asociado con las excitaciones del campo de fuerzas correspondiente a esa interacción. Esas partículas portadoras son partículas virtuales que surgen del vacío, como ya ha sido comentado anteriormente, de acuerdo con el Principio de Heisenberg.

Los gluones son las partíiculas portadoras de la interacción forte, los fotones son los portadores de la interacción electromagnética,  los bosones W y Z "llevan" la interacción débil, y losgravitones están propuestos como partículas portadoras de la interaccíon gravitatoria.

Veamos como ejemplo la desintegración de un muón negativo en un electrón, en un antineutrino electrónico y un neutrino muónico, a través de una partícula virtual W:

Como ya se indicó antes, en virtud de (1), las interacciones electromagnética y gravitatoria tienen alcance infinito porque las partículas portadoras de esas interacciones (fotón y gravitón) tienen masa nula y por tanto duración infinita. Por contra, las partículas portadoras de lainteracción débil tienen unha enorme masa, de ahí que que el alcance de esta interacción sea muy corto (< 10^-15m). El caso de la interacción fuerte es diferente debido a las peculariedades de la carga de color (libertad asintótica).

Muy importante es no confundir la existencia de las partículas reales -por ejemplo, un fotón real emitido por un átomo excitado es perfectamente detectable- con esas mismas partículas, pero virtules, portadoras de una determinada interacción y de las que solo sabemos su existencia por la presencia de la propia interacción.

En relación con la interacción gravitatoria, su unificación con la teoría cuántica es uno de los retos más importantes de la Física Fundamental.
Como sabemos, el neutrino puede tener tres configuraciones fundamentales (flavors), ue son eléctronica, muónica y taónica. Cual de esas copnfiguraciones se observa cambia según el neutrino se desplaza, un estraño fenómeno conocido como "oscilaciones del neutrino". Este comportamiento cuántico es mantenido miles de kilómetros o más, lo que se conoce como coherencia cúantica.
Estas oscilaciones del neutrino a altas energías pueden ser usadas para estudiar la estructura del espacio-tiempo y comprobar los principios fundamentales de la física cuántica. Si eI espacio-tiempo tiene una descripción cuántica, se espera que los neutrinos interaccionen con las fluctuaciones de esa métirica desviándose de la coherencia cuántica antes indicada. Es decir, no se cumplirá la esperada oscilación en la configuración a altas energías y largas distancias.

Image from ICECube Website

El IceCube Neutrino Observatory, situado próximo a la Amundsen-Scott South Pole Station en la Antártida, tiene por objetivo el estudio de esas desviaciones.

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