Vilka är de fyra grundläggande krafterna i naturen?

Sedan början av 1900-talet har fysiker erkänt fyra grundläggande krafter, eller interaktioner, som omfattar alla kända fenomen i naturen. Tre av fyra har präglats rigoröst och matematiskt av standardmodellen, formulerad i början av 1970-talet. De fyra krafterna är den starka kärnkraften (även känd som färgkraften), den svaga kärnkraften (medierar beta-sönderfall), den elektromagnetiska kraften och tyngdkraften.

Vid mycket höga energier förenas den svaga kärnkraften och den elektromagnetiska kraften (börja bete sig utbytbart), medan det vid ännu högre krafter antas att den starka kraften förenas med elektroken, och slutligen förenas den stark-elektackkraften med tyngdkraften. Det tros att alla fyra var förenade ett ögonblick efter Big Bang, i de tidigaste stadierna av universums bildning.

Den starka kärnkraften håller samman protoner och neutroner i atomkärnan. Mer specifikt förmedlas det av utbyte av gluoner mellan kvarkar som utgör protoner och neutroner. Den är 100 gånger starkare än den elektromagnetiska kraften. När kärnor krossas i kärnreaktioner frigörs energi från denna kraft. Beskriven av fysikteorin som kallas kvantkromodynamik, förlorar den all sin styrka på avstånd mycket bredare än atomkärnan.

Den elektromagnetiska kraften är den som människor är mest bekanta med, och den ansvarar för alla kemiska reaktioner och de mest kända fysiska egenskaperna, till exempel ljus. Det medieras av fotoner, som utgör all elektromagnetisk strålning, från kosmiska strålar till synligt ljus till extremt lågfrekventa radiovågor. Både värme och ljus består av fotoner.

Elektromagnetiska kraftinteraktioner bestäms med elektrisk laddning. Anledningen till att människor inte faller genom en stol medan de sitter på den är att den negativa laddningen av de atomära elektronskal som utgör kroppen avvisas av den negativa laddningen av de elektronskal som utgör stolen. Fotonvågor minskar i styrka beroende på kvadratet på avståndet från deras källa.

Den svaga kärnkraften ansvarar för ett relativt litet antal grundläggande interaktioner. Det förmedlar beta-sönderfall, vilket är vad som händer när en neutron bryts ned till en proton och en elektron eller positron. Medierad av W- och Z-bosoner är den cirka hundra miljarder gånger svagare än den elektromagnetiska. Den fungerar bara över korta avstånd.

Tyngdkraften är den svagaste av alla krafter, men den mest genomgripande i universum eftersom den genereras av alla kroppar med massa. Graviteten är 10 ³⁶ gånger svagare än den elektromagnetiska kraften, vilket gör det svårt att analysera matematiskt. Partiklarna som man tänker förmedla gravitationen - gravitationer - har ännu inte upptäckts. Tyngdekraften skiljer sig också från de andra krafterna genom att den ännu inte har integrerats med de andra på ett strikt matematiskt sätt. Fysiker har letat efter en teori för att förena allvar med de andra krafterna i nästan ett sekel, utan lycka hittills.