Estimado qftme, estoy de acuerdo en que su pregunta merece una respuesta más amplia. La respuesta, "piones" o "gluones", depende de la precisión con la que se quiera describir la fuerza fuerte.
Históricamente, la gente no conocía los quarks y los gluones en la década de 1930, cuando se empezaron a estudiar las fuerzas en los núcleos por primera vez.
En 1935, Hideki Yukawa hizo la contribución temprana más importante de la ciencia japonesa a la física cuando propuso que puede haber fuerzas de corto alcance análogas al electromagnetismo de largo alcance cuyo potencial es $$V(r) = K\frac{e^{-\mu r}}{r} $$ La transformada de Fourier de este potencial es simplemente $1/(p^2+\mu^2)$ que es natural - un propagador invertido de una partícula sin masa. (El exponencial se añadió relativamente al potencial de Coulomb; y en la transformada de Fourier, equivale a la adición de $\mu^2$ en el denominador). La partícula Yukawa (un bosón sin espín) mediaba una fuerza entre partículas que sólo era significativamente distinta de cero para distancias suficientemente cortas. La descripción coincidía con la aplicación a protones, neutrones y las fuerzas entre ellos.
Así que se pensó que el mediador de la fuerza fuerte era un pión y el modelo funcionaba bastante bien. (En la década de 1930, la gente también confundía muones y piones en los rayos cósmicos, utilizando nombres que suenan extraños a los oídos de los físicos contemporáneos, como mesotrón, un híbrido de pión y muón, pero esa es otra historia).
El modelo de los piones era viable incluso cuando las interacciones nucleares se comprendían de forma mucho más cuantitativa en la década de 1960. Los piones son "pseudobosones de Goldstone". Son bosones sin espín (casi) sin masa cuya existencia está garantizada por la existencia de una simetría rota - en este caso, era la $SU(3)$ simetría girando los tres sabores que actualmente conocemos como sabores del $u,d,s$ quarks ligeros. La simetría es aproximada, por lo que los bosones pseudo-Goldstone, los piones (y los kaones), no son exactamente sin masa. Pero siguen siendo significativamente más ligeros que los protones y los neutrones.
Sin embargo, la teoría con los campos de piones fundamentales no es renormalizable - se reduce a que el Lagrangiano es altamente no lineal y complicado. Inevitablemente produce predicciones absurdas a distancias suficientemente cortas o energías suficientemente altas -distancias que son más cortas que el radio del protón.
Se necesitaba una teoría mejor. Finalmente, se encontró en la Cromodinámica Cuántica que explica todos los protones, neutrones e incluso los piones y kaones (y cientos de otros) como estados ligados de quarks (y gluones y antiquarks). En esa teoría, todos los hadrones se describen como complicadas partículas compuestas y todas las fuerzas se reducen en última instancia al Lagrangiano de la QCD, donde la fuerza se debe a los gluones.
Así que siempre que se estudia la física a una energía o resolución lo suficientemente alta como para ver "dentro" de los protones y ver los quarks, obviamente hay que utilizar los gluones como mensajeros. Los piones como mensajeros sólo son buenos en teorías aproximadas en las que las energías son mucho menores que la masa del protón. Esta condición también significa que las velocidades de los hadrones tienen que ser mucho menores que la velocidad de la luz.
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Ver la respuesta de Lubos en physics.stackexchange.com/q/9661 . El tipo correcto es el gluón.
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@anna he planteado esta pregunta después de después de haber leído la respuesta de @Lubosh. No creo que responda a mi pregunta y, de todos modos, esperaba una respuesta un poco más amplia. Cuando tenga la oportunidad, añadiré una edición, con un poco de LaTex, que debería describir mejor el motivo por el que publiqué esta consulta.
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Lubos ha dado una respuesta completa, pero se podría añadir que las fuerzas nucleares son análogas a las fuerzas electromagnéticas entre moléculas, las fuerzas de Van der Waals. Allí el mediador es el fotón, pero los momentos de las distribuciones de carga son los que controlan las fuerzas ejercidas entre las moléculas. De forma similar, las fuerzas nucleares fuertes son un desbordamiento de este tipo, excepto que, en contraste con el fotón, el gluón lleva color y se acopla a sí mismo, por lo que es mucho más complicado.
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Sí. Dependiendo de la escala de energía y distancia en cuestión.
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@annav Me parece que la respuesta de lubos sólo habla de fuerzas dentro de los nicleones, no entre ellos.
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@Spencer Describe la historia del descubrimiento de que la fuerza nuclear, es decir, entre nucleones, puede explicarse con el intercambio de un pión según el modelo de Yukawa. A continuación dice que ahora sabemos que la interacción nuclear fuerte efectiva es un efecto de derrame de la existencia dentro de los protones y neutrones de la interacción fundamental de la cromodinámica cuántica. Las fuerzas de desbordamiento de la cromodinámica cuántica entre los nucleones son análogas a las fuerzas electromagnéticas de Van der Waals entre los átomos.
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@spencer Si te refieres a la respuesta que enlazo en mi comentario anterior, entonces lo deja claro en su respuesta actual aquí, de la que hablo en mi respuesta reciente.