Teoria de gauge

En física teòrica, una teoria de gauge (també anomenada de contrast^{[cal citació]} o de galga^[1]) és un tipus de teoria quàntica de camps que descriu eficaçment les forces i partícules elementals i les seves simetries. Una característica general de les teories de camp és que encara que els camps fonamentals no poden ser directament mesurats, algunes de les seves propietats associades, com càrregues, energies, i velocitats, sí que poden ser-ho. En les teories de camp, configuracions diferents dels camps poden resultar en quantitats observables idèntiques. Una transformació d'aquest tipus, d'una configuració de camp a una altra, és anomenada una transformació de gauge; la manca de canvi en les quantitats mesurables, malgrat la transformació feta al camp, és una propietat anomenada invariància de gauge.^[2][3] Donat que qualsevol invariància sota una transformació de camp és considerada una simetria, la invariància de gauge és anomenada sovint simetria de gauge. Generalment, qualsevol teoria que té la propietat d'invariància de gauge s'anomena una teoria de gauge.

Per exemple en el cas de l'electromagnetisme, els camps elèctrics i magnètics, E i B, són observables, mentre que els seus potencials associats V ("voltatge") i A (potencial vectorial) no ho són. Sota una transformació de gauge on una constant és afegida a V, cap canvi és observable en E o B.

Amb el desenvolupament de la mecànica quàntica els anys 1920 i amb els avenços successius en teoria quàntica de camps, la importància de les transformacions de gauge va créixer fortament. Les teories de gauge constrenyen les lleis de físiques, perquè qualsevol dels canvis induïts per una transformació de gauge han de cancel·lar-se uns amb els altres quan són descrits en termes de quantitats realment observables. En el transcurs del segle xx, els físics descobreixen gradualment que les forces (interaccions fonamentals) entre partícules apareixen naturalment a partir dels constrenyiments imposats per simetries locals de gauge a les teories respectives, on les transformacions aplicades varien de punt a punt en l'espaitemps. Teories de camps quàntics pertorbatius (normalment emprades en teories de dispersió) descriuen les forces en termes de partícules mitjanceres anomenades bosons de gauge. La natura d'aquestes partícules ve determinada per la natura de les transformacions de gauge. La culminació d'aquests desenvolupaments teòrics és el Model Estàndard, una teoria quàntica de camps que pronostica de forma exacta el comportament de totes les interaccions fonamentals (a excepció de la gravetat).