Teoria di gauge

Una teoria di gauge (pronuncia [ˈɡeɪʤ]) è un tipo di teoria dei campi in cui la lagrangiana del sistema rimane invariata dopo l'applicazione di trasformazioni delle coordinate definite localmente. Tali trasformazioni sono dette simmetrie locali.

Molte importanti teorie fisiche sono descritte da lagrangiane che sono invarianti rispetto ad un qualche gruppo di trasformazioni di simmetria. Quando la trasformazione è identica per ogni punto dello spazio in cui avvengono i fenomeni fisici della teoria, si parla di simmetria globale. Al contrario, le teorie di gauge sono caratterizzate dalla presenza di simmetrie locali, nelle quali i parametri della trasformazione variano a seconda del punto dello spazio. Questo è un vincolo più stringente che viene imposto a partire dall'esistenza di una simmetria globale. In questo senso una teoria di gauge dà origine alle interazioni fisiche dalle simmetrie, fornendone un'adeguata struttura matematica.

L'importanza delle teorie di gauge per la fisica nasce dall'enorme successo di questo formalismo matematico nel descrivere in un quadro teorico unificato le teorie di campo quantistico di tre delle quattro forze fondamentali della natura: l'elettromagnetismo, l'interazione debole e l'interazione forte. Questo quadro teorico, noto come modello standard, è una teoria di gauge con gruppo di gauge SU(3) × SU(2) × U(1). Anche altre teorie moderne, come la teoria delle stringhe e certe formulazioni della relatività generale, sono, in un modo o nell'altro, teorie di gauge.