(gauge theory)

Trường điện từ là trường chuẩn (trường gauge), hay là một trường mà có phép đối xứng gauge độc lập tại mỗi vị trí trong không thời gian.[86] Đối với trường điện từ, đối xứng gauge này là nhóm đối xứng Abelian U(1) của số phức, phản ánh tính thay đổi pha của số phức mà không làm ảnh hưởng đến biến quan sát hay hàm giá trị thực với biến số phức, như năng lượng hay Lagrangian.

Lượng tử của một trường chuẩn Abelian (trường gauge) phải không có khối lượng, hay đối xứng không bị phá vỡ; từ đây, lý thuyết tiên đoán photon là hạt không có khối lượng và không có điện tích cũng như spin nguyên. Dạng đặc biệt của tương tác điện từ khiến cho spin của photon phải là ±1; do đó tính xoắn (helicity) của nó bằng ± ℏ {\displaystyle \pm \hbar } . Hai thành phần spin này tương ứng với khái niệm cổ điển về sự phân cực tròn trái và phân cực tròn phải của ánh sáng. Tuy vậy, các photon ảo trung gian của điện động lực học lượng tử còn có thêm các trạng thái phân cực phi vật lý.[86]

Trong mô hình chuẩn, photon là một trong bốn boson chuẩn (hay boson gauge) của tương tác điện yếu; ba boson khác ký hiệu là W+, W− và Z0 tham gia vào tương tác yếu. Không như photon, những boson chuẩn (gauge) này có khối lượng, như được tiên đoán bởi cơ chế Higgs thông qua phá vỡ nhóm đối xứng chuẩn SU(2). Tương tác yếu thống nhất photon với các boson gauge W và Z nhờ công trình của các nhà vật lý Sheldon Glashow, Abdus Salam và Steven Weinberg, và giải Nobel Vật lý 1979 đã trao cho họ nhờ những đóng góp này.[87][88][89] Tư tưởng thống nhất các tương tác cơ bản cũng được các nhà vật lý mở rộng trong lý thuyết thống nhất lớn; thống nhất bốn boson gauge với tám boson gluon của lý thuyết sắc động lực học lượng tử; tuy nhiên, một trong những tiên đoán chìa khóa của lý thuyết này là sự phân rã của proton vẫn chưa được quan sát bằng thực nghiệm.[90]