Teorie wielkiej unifikacji (GUT z ang. Grand Unification Theory) – teorie łączące chromodynamikę kwantową i teorię oddziaływań elektrosłabych . Przedstawiają one oddziaływanie silne , słabe i elektromagnetyczne jako przejaw jednego, zunifikowanego oddziaływania . Żadna z dotychczasowych teorii wielkiej unifikacji nie została potwierdzona doświadczalnie.

Teorie wielkiej unifikacji wskazują nowe symetrie między cząstkami elementarnymi , co pozwala je traktować jako różne przejawy jednej cząstki. Większość teorii postuluje istnienie nowych cząstek (dotychczas nieodkrytych), takich jak bozony X i Y , i nowych procesów zachodzących z ich udziałem.

Wspólną cechą teorii wielkiej unifikacji jest przewidywanie rozpadu protonu . Nie zaobserwowano dotychczas tego procesu. Wynika stąd, iż czas życia protonu powinien być co najmniej rzędu 10³² lat.

Motywacją teorii wielkiej unifikacji jest potrzeba uproszczenia grupy symetrii Modelu Standardowego : SU(3)xSU(2)xU(1). Jest ona iloczynem tensorowym grup symetrii chromodynamiki SU(3) i teorii oddziaływań elektrosłabych ( Teorii Małej Unifikacji ) SU(2)xU(1). Posiada ona trzy parametry, których zależności nie mają żadnego wyjaśnienia teoretycznego. Teorie wielkiej unifikacji zakładają, że symetria ta jest odbiciem większej symetrii, która została złamana we wczesnych etapach istnienia Wszechświata . Grupa tej symetrii tłumaczy związki pomiędzy parametrami Modelu Standardowego.

Najprostsza teoria wielkiej unifikacji uogólnia grupę SU(3)xSU(2)xU(1) do grupy SU(5). Inne teorie opisują grupy: SU(4)xSU(4), SO(10).

Teoretycy poszukują wciąż teorii, która unifikowałaby elektromagnetyzm, oddziaływania słabe, silne oraz grawitację . Unifikacja grawitacji z innymi oddziaływaniami wymaga stworzenia nowego aparatu matematycznego. Algebry takich teorii nie są grupami lecz superalgebrami i opisują symetrię zwaną supersymetrią .