Forze non familiari

Se si punta l'attenzione su oggetti dell'ordine di grandezza dei nuclei atomici o ad essi inferiori, entrano in gioco due forze che non ci sono molto familiari, ma che sono forze altrettanto fondamentali. Esse sono chiamate forza forte e forza debole.

La forza debole è responsabile del decadimento dei neutroni e di molte altre particelle, inclusi i muoni e i pioni presenti nei raggi cosmici. nella materia ordinaria del mondo che ci circonda, il decadimento dei neuroni sta alla base di molte manifestazioni naturali della radioattività.

Le protuberanze solari sono formate da gas ionizzati

Alla forza debole si deve anche la combustione dell'idrogeno nei nuclei delle stelle: l'idrogeno, che è l'elemento più leggero, è trasformato nell'elemento immediatamente più pesante, l'elio. Nel caldo e denso nucleo di una stella, gli ordinari nuclei di idrogeno (che altro non sono se non protoni) possono avvicinarsi abbastanza da formare dei nuclei di idrogeno più pesanti - chiamati "idrogeno pesante" o deuterio - formati da un protone ed un neutrone. Questo primo passo nella trasformzazione dell'idrogeno in elio coinvolge la forza debole, quando un protone si trasforma in un neutrone.

La forza forte è quella che tiene assieme i quark all'interno di protoni, neutroni e altre particelle, compresi i pioni. Inoltre impedisce ai protoni nel nucleo di allontanarsi gli uni dagli altri sotto l'effetto della forza elettrica repulsiva che agisce tra di essi (essendo tutti carichi positivamente infatti dovrebbero respingersi). Ciò è possibile perché tra i protoni la forza forte è circa 100 volte maggiore della forza elettromagnetica.

La forza forte mantiene i quark costretti all'interno di particelle più grandi, di modo che i quark non compaiono mai da soli. Ciò è dovuto al fatto che, nonappena si tenti di allontanare due quark, la forza si fa ancora più intensa. Da questo punto di vista essa è completamente diversa dalla forza di gravità e da quella elettromagnetica, i cui effetti diminuiscono all'aumentare della distanza.