Als we zeggen dat de krachten verenigd waren, bedoelen we dat de interactie werd beschreven door een enkele ijkgroep. In de oorspronkelijke Grand Unified Theory was deze groep bijvoorbeeld $ SU (5) $ , die spontaan uiteenviel in $ SU (3) \ maal SU (2) \ maal U (1) $ als het universum afkoelde. Deze drie componenten leveren respectievelijk de sterke, zwakke en elektromagnetische krachten op.

Ik zal proberen een wiskundige uitleg te geven van wat dit betekent. Om dat te doen, zal ik een behoorlijke hoeveelheid valsspelen moeten doen.

Overweeg eerst de gebruikelijke sterke kracht. Globaal gesproken is de "sterke lading" van een quark een set van drie getallen, de rode, groene en blauwe kleurladingen. We beschouwen de sterke kracht echter niet als drie afzonderlijke krachten omdat deze ladingen verband houden met de ijkgroep: een rode quark kan een blauw anti-rood ijkboson absorberen en blauw worden. In het geval van de sterke kracht noemen we die bosonen gluonen, en dat zijn er 8.

Bij normale temperaturen is de sterke kracht gescheiden van de elektromagnetische kracht, waarvan de lading een enkel getal is, de elektrische lading, en waarvan het ijkboson het foton is. Er is geen ijkboson dat tussen kleurlading en elektrische lading omzet; de twee krachten zijn onafhankelijk, in plaats van verenigd.

Als we zeggen dat alle krachten verenigd waren, bedoelen we dat alle krachten van het standaardmodel werden beschreven door een gemeenschappelijke reeks ladingen, die worden vermengd door 24 ijkbosonen. Deze ijkbosonen zijn allemaal identiek op dezelfde manier als de 8 gluonen identiek zijn. In het bijzonder kun je niet naar een deelverzameling van de 24 wijzen en zeggen "dit zijn de gluonen", of "deze is het foton". Ze waren allemaal volledig uitwisselbaar.

Terwijl het universum afkoelde, trad spontane symmetriebreuk op. Om dit te begrijpen, kun je overwegen om een ​​klomp ijzer langzaam af te koelen tot onder de Curietemperatuur. Als deze temperatuur wordt gepasseerd, magnetiseert het ijzer spontaan; aangezien de magnetisatie een bepaalde richting kiest, is de rotatiesymmetrie verbroken.

In het vroege universum vond hetzelfde proces plaats, hoewel het magnetisatieveld is vervangen door een analoog van het Higgs-veld. Hierdoor werd de $ SU (5) $ ijkgroep opgesplitst in de samengestelde ijkgroep die we vandaag hebben.

Het proces van spontane symmetriebreking is sterk analoog aan faseovergangen, zoals de magnetisatie van ijzer of het bevriezen van water, en daarom spreken we over 'sterk / zwak verenigde' materie als afzonderlijke toestanden van materie. Net als het ijzer, wordt de toestand waarin we ons bevinden bepaald door de temperatuur van het universum. Een exacte theoretische beschrijving van dit proces vereist echter thermische kwantumveldentheorie.