Fusión nuclear y fuerzas fundamentales: energía, características y alcance

Fusión nuclear: proceso, energía liberada y condiciones

La fusión nuclear es el proceso que tiene lugar cuando dos o más núcleos ligeros se unen, dando lugar a un núcleo más pesado y, en general, a una o más partículas. En este proceso, al formarse el núcleo más estable la masa total disminuye y la diferencia de masa se transforma en energía, según la equivalencia masa‑energía. Es decir, la fusión es, en cierto sentido, el proceso inverso de la fisión nuclear: cuando se unen dos núcleos ligeros se obtiene un núcleo más estable con mayor energía de enlace por nucleón.

En algunas reacciones de fusión se liberan aproximadamente 16,7 MeV por átomo (valor aproximado que depende de la reacción concreta). Las reacciones de fusión son muy difíciles de conseguir con la tecnología actual, ya que para unir dos núcleos hay que vencer las fuerzas eléctricas de repulsión entre las cargas positivas de los protones. Para conseguirlo, los átomos (o, más exactamente, los núcleos) deben chocar entre sí con una velocidad suficiente para superar la repulsión electrostática, lo que requiere temperaturas de varios cientos de miles o millones de grados. Estas condiciones solo se alcanzan naturalmente en el interior de las estrellas y se reproducen, de forma artificial y muy brevemente, por ejemplo mediante la detonación de una bomba termonuclear (la fusión suele ser iniciada por una explosión de fisión en ese tipo de dispositivos).

Interacciones fundamentales en la naturaleza: estudio de sus características

Todas las fuerzas de la naturaleza se reducen, según el modelo estándar y la física moderna, a cuatro interacciones fundamentales: la interacción nuclear fuerte, la interacción electromagnética, la interacción nuclear débil y la interacción gravitatoria. A continuación se describen y ordenan de mayor a menor intensidad:

a) Interacción nuclear fuerte

Es la más intensa, pero de muy corto alcance. Su carácter es saturado (no aumenta indefinidamente con el número de nucleones), y no se manifiesta fuera del núcleo (actúa principalmente entre nucleones: protones y neutrones, y es la responsable de mantener unido el núcleo atómico a pesar de la repulsión electrostática entre protones).

b) Interacción electromagnética

Es aproximadamente cien veces menos intensa que la interacción fuerte. Tiene alcance ilimitado (aunque su efecto efectivo puede quedar reducido por apantallamiento en medios materiales) y actúa sobre partículas con carga eléctrica, siendo atractiva o repulsiva según el signo de las cargas. Es responsable de la formación de átomos, moléculas y, en general, de que la materia permanezca unida. Las fuerzas eléctricas y magnéticas tienen su origen en una única interacción entre partículas cargadas.

c) Interacción nuclear débil

Es menos intensa que la interacción electromagnética y, en orden de magnitud, aproximadamente diez veces menor que la interacción fuerte (según la escala y el proceso). Es de corto alcance y aparece en procesos de desintegración beta (β) de núcleos radiactivos y en otras transformaciones de partículas elementales. Actúa también sobre partículas subatómicas llamadas leptones y sobre quarks.

d) Interacción gravitatoria

Es la más débil de todas; su intensidad es extraordinariamente menor que la interacción fuerte. Sin embargo, su alcance es ilimitado y actúa sobre todas las masas, teniendo siempre un carácter atractivo. Newton demostró que la gravedad gobierna tanto la caída de objetos en la Tierra como los movimientos astronómicos. Aunque es débil a escala subatómica, la gravedad domina en escalas macroscópicas y cosmológicas por su suma acumulada.

Unificación de las interacciones

Se ha intentado establecer una conexión entre los cuatro tipos de interacciones o entre sus campos correspondientes, de manera que quedaran reducidos a un solo campo (teorías de unificación). Probablemente en el futuro se encontrará una teoría que unifique las cuatro fuerzas fundamentales y explique el comportamiento último de toda la materia en el universo.