《弱相互作用.docxVIP

弱相互作用粒子物理学标准模型弱相互作用（又称弱力或弱核力）是自然的四种基本力中的一种，其余三种为强核力、电磁力及万有引力。次原子粒子的放射性衰变就是由它引起的，恒星中一种叫氢聚变的过程也是由它启动的。弱相互作用会影响所有费米子，即所有自旋为半奇数的粒子。在粒子物理学的标准模型中，弱相互作用的理论指出，它是由W及Z玻色子的交换（即发射及吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变，它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定，由于Z及W玻色子比质子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”，是因为它的一般强度，比电磁及强核力弱好几个数量级。大部份粒子在一段时间后，都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外，它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“味”之间互换。弱力最早的描述是在1930年代，是四费米子接触相互作用的费米理论：接触指的是没有作用距离（即完全靠物理接触）。但是现在最好是用有作用距离的场来描述它，尽管那个距离很短。在1968年，电磁与弱相互作用统一了，它们是同一种力的两个方面，现在叫电弱力。弱相互作用在粒子的β衰变中最为明显，在由氢生产重氢和氦的过程中（恒星热核反应的能量来源）也很明显。放射性碳定年法用的就是这样的衰变，此时碳-14通过弱相互作用衰变成氮-14。它也可以造出辐射冷光，常见于超重氢照明；也造就了β伏这一应用领域（把β射线的电子当电流用）。性质图为标准模型中六种夸克的电荷与质量分布，以及各种衰变路线，线的虚实代表该衰变发生的可能。弱相互作用有如下的数项特点：唯一能够改变夸克味的相互作用。唯一能令宇称不守恒的相互作用。因此它也是唯一违反CP对称的相互作用。由具质量的规范玻色子所介导的相互作用。这一不寻常的特点可由标准模型的希格斯机制得出。由于弱相互作用载体粒子（W及Z玻色子）质量很大（约 90 GeV/c2），所以他们的寿命很短：平均寿命约为 3 × 10-25秒。弱相互作用的耦合常数（相互作用强度的一个指标）介乎10?7与10?6之间，而相比下，强相互作用的耦合常数约为1，故就强度而言，弱相互作用是弱的。弱相用作用的作用距离很短（约为10?17–10?16?m）。在大约10?18米的距离下，弱相互作用的强度与电磁大约一致；但在大约3×10?17的距离下，弱相互作用比电磁弱一万倍。在标准模型中，弱相互作用会影响所有费米子，还有希格斯玻色子；弱相互作用是除引力相互作用外唯一一种对中微子有效的相互作用。弱相互作用并不产生束缚态（它也不需要束缚能）——引力在天文距离下这样做，电磁力在原子距离下这样做，而强核力则在原子核中这样做。它最明显的过程是由第一项特点所造成的：味变。比方说，一个中子比一个质子（中子的核子拍档）重，但它不能在没有变味（种类）的情况下衰变成质子，它两个“下夸克”中的一个需要变成“上夸克”。由于强相互作用和电磁相互作用都不允许味变，所以它一定要用弱相互作用；没有弱相互作用的话：夸克的特性，如奇异及魅（与同名的夸克相关），会在所有相互作用下守恒。因为弱衰变的关系，所以所有介子都不稳定。在β衰变这个过程下，中子里面的“下夸克”，会发射出一个虚W?玻色子，它随即衰变成一电子及一反电中微子。由于玻色子的大质量，所以弱衰变相对于强或电磁衰变，可能性是比较低的，因此发生得比较慢。例如，一个中性π介子在通过电磁衰变时，寿命约为10-16秒；而一个带电π介子的通过弱核力衰变时，寿命约为10-8秒，是前者的一亿倍。相比下，一个自由中子（通过弱相互作用衰变）的寿命约为15分钟。弱同位旋与弱超荷主条目：弱超荷标准模型中的左手费米子第一代第二代第三代费米子符号弱同位旋费米子符号弱同位旋费米子符号弱同位旋电子μ子τ子电中微子μ中微子τ中微子上夸克粲夸克顶夸克下夸克奇夸克底夸克所有左手反粒子的弱同位旋均为零。右手反粒子的弱同位旋与左手粒子相反。弱同位旋（T3）是所有粒子都拥有的一种性质（量子数），决定了粒子在弱相互作用下该如何反应。对于弱相互作用来说，弱同位旋的作用跟电磁相互作用中的电荷，或者是强相互作用中的色荷一样。所有费米子的弱同位旋均为+1?2或-1?2，例如上夸克的弱同位旋为+1?2，而下夸克的弱同位旋则为-1?2。另一方面，在弱衰变的前后，夸克的T3永远是不一样的。也就是说，T3?= +1?2的上型夸克（上、魅及顶），在弱衰变后必须变为T3?= ?1?2的下型夸克（下、奇及底），反之亦然。通过弱相互作用衰变的π+介子弱同位旋是守恒的：反应产物的弱同位旋总和，等于反应物的弱同位旋总和。例如，一左手π+介子，弱同位旋为+1，一般衰变成一νμ（+1?2）及