Interacţiuni fundamentale

 

Proprietăţile materiei pot fi înţelese pe baza a patru forţe fundamentale: interacţiunile tare, electromagnetică, slabă şi gravitaţională. Intensităţile acestora sunt caracterizate prin constante de cuplaj adimensionale, care în realitate depind de transferul de energie-impuls în procesul în care ele sunt măsurate.

​

Interacţiunea tare  apare, la scară nucleară, ca forţa care leagă protonii şi neutronii în nucleele atomice, asigurând stabilitatea acestora. La scară elementară, se manifestă structura internă a nucleonilor (în general, a hadronilor): interacţiunea tare se exercită între quarkuri şi este mediată de gluoni. Descrierea teoretică a acestei dinamici, care posedă o simetrie SU(3), este dată de cromodinamica cuantică.

​

Interacţiunea electromagnetică  se exercită între particule care posedă sarcină electrică. La scară elementară, ea se rezolvă sub forma de interacţiuni ale electronilor, mediate de fotoni. Teoria corespunzătoare este electrodinamica cuantică, cu simetrie U(1), consecinţă a invarianţei la etalonare (calibrare) a proceselor electromagnetice.

​

Interacţiunea slabă  se manifestă, la scară nucleară, în dezintegrarea beta şi dezintegrarea neutronului. La scară elementară, ea e resimţită atât de leptoni cât şi de quarkuri; posedă simetrie SU(2), fiind mediată de bosonii vectoriali W+, W- şi Z. Descrierea unificată a interacţiunilor electromagnetică şi slabă este dată de teoria cuantică a interacţiunii electroslabe.

​

Interacţiunea gravitaţională  este dominantă pentru corpurile masive, la scară macroscopică şi cosmică. Teoria relativităţii generale dă o descriere clasică „aproape perfectă” a gravitaţiei, însă o teorie cuantică, coerentă şi renormabilă, este „foarte problematică”. Gravitonul, bosonul de calibrare care ar media interacţiunea gravitaţională, rămâne deocamdată ipotetic.