Interacţiuni fundamentale
Proprietăţile materiei pot fi înÅ£elese pe baza a patru forÅ£e fundamentale: interacÅ£iunile tare, electromagnetică, slabă ÅŸi gravitaÅ£ională. Intensităţile acestora sunt caracterizate prin constante de cuplaj adimensionale, care în realitate depind de transferul de energie-impuls în procesul în care ele sunt măsurate.
​
InteracÅ£iunea tare apare, la scară nucleară, ca forÅ£a care leagă protonii ÅŸi neutronii în nucleele atomice, asigurând stabilitatea acestora. La scară elementară, se manifestă structura internă a nucleonilor (în general, a hadronilor): interacÅ£iunea tare se exercită între quarkuri ÅŸi este mediată de gluoni. Descrierea teoretică a acestei dinamici, care posedă o simetrie SU(3), este dată de cromodinamica cuantică.
​
InteracÅ£iunea electromagnetică se exercită între particule care posedă sarcină electrică. La scară elementară, ea se rezolvă sub forma de interacÅ£iuni ale electronilor, mediate de fotoni. Teoria corespunzătoare este electrodinamica cuantică, cu simetrie U(1), consecinţă a invarianÅ£ei la etalonare (calibrare) a proceselor electromagnetice.
​
InteracÅ£iunea slabă se manifestă, la scară nucleară, în dezintegrarea beta ÅŸi dezintegrarea neutronului. La scară elementară, ea e resimÅ£ită atât de leptoni cât ÅŸi de quarkuri; posedă simetrie SU(2), fiind mediată de bosonii vectoriali W+, W- ÅŸi Z. Descrierea unificată a interacÅ£iunilor electromagnetică ÅŸi slabă este dată de teoria cuantică a interacÅ£iunii electroslabe.
​
InteracÅ£iunea gravitaÅ£ională este dominantă pentru corpurile masive, la scară macroscopică ÅŸi cosmică. Teoria relativităţii generale dă o descriere clasică „aproape perfectă” a gravitaÅ£iei, însă o teorie cuantică, coerentă ÅŸi renormabilă, este „foarte problematică”. Gravitonul, bosonul de calibrare care ar media interacÅ£iunea gravitaÅ£ională, rămâne deocamdată ipotetic.