Les théories de jauge

L'invariance de jauge correspond au fait que les équations de la théorie restent inchangées sous certaines transformations locales de champs (transformations de jauge). Ces transformations permettent de maintenir la cohérence des équations tout en introduisant une symétrie fondamentale. L'invariance de jauge conduit en particulier à la conservation des charges et des quantités physiques pertinentes.

Dans une théorie de jauge, les interactions fondamentales sont décrites par des champs de jauge (chaque interaction possèdant un champ de jauge correspondant) et les interactions entre les particules se produisent par échange de bosons de jauge. Ces bosons transmettent les forces entre les particules. Par exemple, les photons sont les bosons de jauge médiateurs des interactions électromagnétiques, les bosons W et Z sont pour leur part les médiateurs des interactions faibles, et les gluons ceux des interactions fortes.  L'une des avancées les plus significatives des théories de jauge est la possibilité d'unifier différentes forces fondamentales. 

La théorie de l'électromagnétisme de Maxwell, qui est la première théorie de jage produite (avant même que le concept ne soit explicité), unifie, par exemple, le magnétisme et l'électricité; la théorie électrofaible unifie les interactions électromagnétiques et faibles. Des théories plus élaborées, telles que la théorie des cordes, tentent même de proposer une unification plus complète incluant toutes les forces fondamentales.