统一场论

统一场论，,在粒子物理该理论试图用一个单一的理论框架来描述所有基本力和基本粒子之间的关系。在物理在美国，力可以通过调节不同物体之间相互作用的场来描述。在19世纪中期詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔在他的理论中提出了第一个场论电磁．然后，在20世纪早期，阿尔伯特·爱因斯坦发达广义相对论的场理论万有引力．后来，爱因斯坦和其他人试图建立一个统一的场论，电磁学和引力将作为一个基本场的不同方面出现。他们失败了，直到今天，引力仍然超出了统一场论的尝试。

在亚原子距离上，场用量子场论，应用的思想量子力学到基本领域。在20世纪40年代量子电动力学电磁学的量子场论(QED)得到了全面发展。在QED中，带电粒子在发射和吸收光子(微小的电磁辐射包)时相互作用，实际上是在亚原子“捕捉”游戏中交换光子。这一理论如此有效，以致于它已成为流行的理论原型其他力的理论。

在20世纪60年代和70年代，粒子物理学家发现物质是由两种基本物质组成的——基本粒子夸克而且轻子．夸克总是被捆绑在更大的可观测粒子中，比如质子和中子。它们被近距离的强力束缚，在亚核距离上，这种强力压倒了电磁。轻子，包括电子，不要“感觉”强力。然而，夸克和轻子都经历了第二次核力,弱力．这种力，是导致某些类型的放射性物质被归为β衰变电磁波与电磁学相比是微弱的。

与此同时，夸克和轻子的图景开始具体化，重大进展导致了发展统一理论的可能性。理论家们开始调用的概念局部规范不变性，假定基本场方程在空间和时间的每一点上都是对称的(看到规范理论)．电磁学和广义相对论都已经涉及到这种对称性，但重要的一步是发现弱力的量规不变量子场论必须包括一种额外的相互作用——即电磁相互作用。谢尔登•格拉肖，总部设在Abdus Salam,Steven Weinberg独立提出了统一的“电弱理论”在这些基于四种粒子交换的力中:光子对于电磁相互作用，和两个带电W粒子和中性Z弱相互作用的粒子。

在20世纪70年代，情况类似量子场论为强力，称为强力量子色动力学(QCD)，被开发出来。在QCD中，夸克通过被称为胶子的粒子交换相互作用。研究人员现在的目标是发现在大统一理论(GUT)中，强作用力是否可以与电弱作用力统一。有证据表明，不同力的强度随着能量的变化而变化，以至于它们在高能量时会聚在一起。但所涉及的能量极高，是电弱统一能量尺度的100亿倍以上，这已经被许多实验验证。

大统一理论描述了夸克和轻子之间的相互作用理论结构。这就产生了夸克可以衰变为轻子的可能性，特别是质子可以衰变。早期对GUT的尝试预测，质子的寿命必须在10左右³²年。这一预测已经在实验中得到了验证，这些实验监测了大量含有10的物质³²质子，但没有证据表明质子会衰变。如果它们真的衰变了，那么它们的寿命肯定比最简单的GUTs预测的要长。也有证据表明，军队的力量并不是这样收敛没错，除非新的效应在更高能量下发挥作用。这种影响可能是一种新的对称被称为“超对称”。

一个成功的GUT仍然不包括重力。这里的问题是，理论家们还不知道如何在假设交换的基础上制定一个可行的量子引力场论引力子．另请参阅量子场论．