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{| class="wikitable" style="float:right; margin: -10px 0px 10px 20px; text-align:left"
|<center>'''弱交互作用'''<br><img src="https://slidesplayer.com/slide/16275544/95/images/13/%E8%87%AA%E7%84%B6%E7%95%8C%E7%9A%84%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E5%8A%9B%EF%BC%884%2F4%EF%BC%89+%E5%BC%B1%E4%BA%A4%E4%BA%92%E4%BD%9C%E7%94%A8%EF%BC%9A%E5%AD%98%E5%9C%A8%E6%96%BC%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%94%BE%E5%B0%84%E6%80%A7%E5%85%83%E7%B4%A0%E4%B9%8B+%CE%B2+%E8%A1%B0%E8%AE%8A%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E5%AE%83%E4%B9%9F%E6%98%AF%E4%B8%80%E7%A8%AE%E7%9F%AD%E8%B7%9D%E9%9B%A2%E7%9A%84%E4%BA%A4%E4%BA%92%E4%BD%9C%E7%94%A8%EF%BC%8C%E5%85%B6%E4%BD%9C%E7%94%A8%E9%81%A0%E8%BC%83%E9%9B%BB%E7%A3%81%E5%8A%9B%E7%82%BA%E5%BC%B1%E3%80%82%E4%BD%86%E5%9C%A8%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8%E8%88%87%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E7%B2%92%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86%E7%9A%84%E9%A0%98%E5%9F%9F%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E5%89%87%E8%BC%83%E9%87%8D%E5%8A%9B%E5%BC%B7%E5%BE%88%E5%A4%9A%E3%80%82.jpg" width="250"></center><small>[https://slidesplayer.com/slide/16275544/ 圖片來自slidesplayer]</small> 
|}

'''弱相互作用'''（又稱'''弱力'''或'''弱核力'''）是自然的四種[[基本相互作用|基本力]]<ref>[https://www.itsfun.com.tw/%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E7%9B%B8%E4%BA%92%E4%BD%9C%E7%94%A8/wiki-0800636-5986416 基本相互作用]，華人百科</ref> 中的一種，其餘三種為[[强相互作用|強核力]]、[[電磁力|电磁力]]及[[引力|万有引力]]。[[次原子粒子]]的放射性衰變就是由它引起的，恆星中一種叫[[核聚变|氫聚變]]的過程也是由它啟動的。弱相互作用會影響所有[[费米子|費米子]]，即所有[[自旋]]為半奇數的粒子。

在[[粒子物理學]]的[[标准模型|標準模型]]中，弱相互作用的理論指出，它是由[[W及Z玻色子]]的交換（即發射及吸收）所引起的，由於弱力是由玻色子的發射（或吸收）所造成的，所以它是一種[[非接觸力]]。這種發射中最有名的是[[β衰变|β衰變]]，它是[[放射性]]的一種表現。重的粒子性質不穩定，由於Z及W玻色子比質子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距離非常短。這種相互作用叫做“弱”，是因為β衰變發生的機率比強交互作用低很多，表示它的一般強度比[[电磁学|電磁]]及[[强相互作用|強核力]]弱好幾個[[数量级|數量級]]。大部份粒子在一段時間後，都會通過弱相互作用衰變。弱相互作用有一種獨一無二的特性——那就是[[夸克]]味變——其他相互作用做不到這一點。另外，它還會破壞[[宇稱|宇稱對稱]]及[[CP對稱性|CP對稱]]。夸克的味變使得夸克能夠在六種“[[味 (粒子物理學)|味]]”之間互換。

弱力最早的描述是在1930年代，是四[[费米子|費米子]]接觸相互作用的[[費米理論]]：接觸指的是沒有作用距離（即完全靠物理接觸）。但是現在最好是用有作用距離的場來描述它，儘管那個距離很短。在1968年，電磁與弱相互作用統一了，它們是同一種力的兩個方面，現在叫[[電弱交互作用|電弱相互作用]]。

弱相互作用在粒子的[[β衰变|β衰變]]中最為明顯，在由氫生產[[氘|重氫]]和[[氦]]的過程中（恆星熱核反應的能量來源）也很明顯。[[放射性碳定年法]]用的就是這樣的衰變，此時[[碳-14]]通過弱相互作用衰變成[[氮-14]]。它也可以造出[[輻射冷光]]，常見於[[氚|超重氫]]照明；也造就了[[β放射]]這一應用領域（把[[β射線]]的電子當電流用）。

== 性質 ==
弱相互作用有如下的數項特點：

# 唯一能夠改變夸克[[味 (粒子物理學)|味]]的相互作用。
# 唯一能令[[宇稱]]不守恆的相互作用。因此它也是唯一違反[[CP破壞|CP對稱]]的相互作用。
# 由具質量的[[规范玻色子|規範玻色子]]所介導的相互作用。這一不尋常的特點可由[[标准模型|標準模型]]的[[希格斯机制|希格斯機制]]得出。

由於弱相互作用載體粒子（W及Z玻色子）質量很大（約 90 GeV/c<sup>2</sup>，所以他們的壽命很短：平均壽命約為 3 × 10<sup>-25</sup>秒。弱相互作用的[[耦合常數]]（相互作用強度的一個指標）介乎10<sup>−7</sup>與10<sup>−6</sup>之間，而相比下，強相互作用的耦合常數約為1，故就強度而言，弱相互作用是弱的。在大約10<sup>−18</sup>米的距離下，弱相互作用的強度與電磁大約一致；但在大約3×10<sup>−17</sup>的距離下，弱相互作用比電磁弱一萬倍。

在[[标准模型|標準模型]]中，弱相互作用會影響所有[[费米子|費米子]]，還有[[希格斯玻色子]]；弱相互作用是除引力相互作用外唯一一種對[[中微子]]有效的相互作用。弱相互作用並不產生[[束縛態]]（它也不需要[[束縛能]]），而重力、电磁力和強核力則分别会在天文、原子、原子核的尺度下产生束缚态。

它最明顯的過程是由第一項特點所造成的：[[卡比博-小林-益川矩阵|味變]]。比方說，一個[[中子]]比一個[[質子]]（中子的[[核子]]拍檔）重，但它不能在沒有變[[味 (粒子物理學)|味]]（種類）的情況下衰變成質子，它兩個“下夸克”中的一個需要變成“上夸克”。由於[[强相互作用|強相互作用]]和[[電磁力|電磁相互作用]]都不允許味變，所以它一定要用'''弱相互作用'''；沒有弱相互作用的話：夸克的特性，如奇異及魅（與同名的夸克相關），會在所有相互作用下守恆。因為弱衰變的關係，所以所有[[介子]]都不穩定。在[[β衰变|β衰變]]這個過程下，中子裏面的“下夸克”，會發射出一個[[虛粒子|虛]]玻色子，它隨即衰變成一[[電子]]及一[[反電中微子]]。

由於[[玻色子]]的大質量，所以弱衰變相對於強或電磁衰變，可能性是比較低的，因此發生得比較慢。例如，一個中性π介子在通過電磁衰變時，壽命約為10<sup>-16</sup>秒；而一個帶電π介子的通過弱核力衰變時，壽命約為10<sup>-8</sup>秒，是前者的一億倍。

=== 弱同位旋與弱超荷 ===
{| style="float:right; margin: 0em 0em .5em 1em" class="wikitable"
|+'''標準模型中的左手費米子''
|-
!colspan="3" style="background:#ffdead"|第一代
!colspan="3" style="background:#ffdead"|第二代
!colspan="3" style="background:#ffdead"|第三代
|- style="background:#fdd;"
!費米子
!符號
![[弱同位旋|弱<br />同位旋]]
!費米子
!符號
![[弱同位旋|弱<br />同位旋]]
!費米子
!符號
![[弱同位旋|弱<br />同位旋]]
|-
|style="background:#efefef"|[[电子|電子]]
|<math>e^-\,</math>
|<math>-1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[μ子]]
|<math>\mu^-\,</math>
|<math>-1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[τ子]]
|<math>\tau^-\,</math>
|<math>-1/2\,</math>
|-
|style="background:#efefef"|[[电中微子|電中微子]]
|<math>\nu_e\,</math>
|<math>+1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[μ中微子]]
|<math>\nu_\mu\,</math>
|<math>+1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[τ中微子]]
|<math>\nu_\tau\,</math>
|<math>+1/2\,</math>
|-
|style="background:#efefef"|[[上夸克]]
|<math>u\,</math>
|<math>+1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[粲夸克|魅夸克]]
|<math>c\,</math>
|<math>+1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[頂夸克]]
|<math>t\,</math>
|<math>+1/2\,</math>
|-
|style="background:#efefef"|[[下夸克]]
|<math>d\,</math>
|<math>-1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[奇夸克]]
|<math>s\,</math>
|<math>-1/2\,</math>
|style="background:#efefef"|[[底夸克]]
|<math>b\,</math>
|<math>-1/2\,</math>
|-
|colspan=9 align=center|所有左手反粒子的弱同位旋均為零。右手反粒子的弱同位旋與左手粒子相反。
|}
弱同位旋（T<sub>3</sub>）是所有粒子都擁有的一種性質（[[量子數]]），決定了粒子在弱相互作用下該如何反應。對於弱相互作用來說，弱同位旋的作用跟[[電磁力|電磁相互作用]]中的[[電荷]]，或者是[[強相互作用]]中的[[色荷]]一樣。所有[[費米子]]的弱同位旋均為+{{frac|2}}或-{{frac|2}}，例如上夸克的弱同位旋为+{{frac|2}}，而下夸克的弱同位旋则为-{{frac|2}}。另一方面，在弱衰變的前後，夸克的T<sub>3</sub>永遠是不一樣的。也就是说，T<sub>3</sub> = +{{frac|2}}的上型夸克（上、粲(魅)及頂），在弱衰变後必須變為T<sub>3</sub> = −{{frac|2}}的下型夸克（下、奇及底），反之亦然。

弱同位旋是[[守恒定律|守恆]]的：反應產物的弱同位旋總和，等於反應物的弱同位旋總和。例如，一左手[[π介子Pion+介子]]，弱同位旋為+1，一般衰變成一[[μ中微子|Muon neutrino]]（+2）及一[[μ子Muon+]]（+2，因為是右手反粒子）。

在電弱理論中，粒子有一種新的性質，稱為[[弱超荷]]。它的數值由粒子的電荷及弱同位旋決定：
:<math>\qquad Y_W = 2(Q - T_3)</math>，
其中''Y<sub>W</sub>''為粒子的弱超荷，''Q''為[[電荷]]（以[[基本电荷|基本電荷]]为單位）及''T<sub>3</sub>''為弱同位旋。弱超荷是[[酉群|U(1)]]部份生成元的[[规范群|規範群]]。

=== 對稱破缺 ===
長久以來，人們以為[[物理定律|自然定律]]在鏡像[[反射 (物理学)|反射]]後會維持不變，鏡像反射等同把所有[[欧几里得空间|空間軸]]反轉。也就是說在鏡中看實驗，跟把實驗設備轉成鏡像方向後看實驗，兩者的實驗結果會是一樣的。這條所謂的定律叫[[宇稱]][[守恒定律|守恆]]，古典[[引力|重力]]、[[电磁学|電磁]]及[[强相互作用|強相互作用]]都遵守這條定律；它被假定為一條萬物通用的定律。然而，在1950年代中期，[[杨振宁|楊振寧]]與[[李政道]]提出弱相互作用可能會破壞這一條定律。[[吴健雄|吳健雄]]與同事於1957年發現了弱相互作用的[[宇称不守恒|宇稱不守恆]]，為楊振寧與李政道帶來了1957年的[[诺贝尔物理学奖|諾貝爾物理學獎]]。

儘管以前用[[費米理論]]就能描述弱相互作用，但是在發現宇稱不守恆及[[重整化]]理論後，弱相互作用需要一種新的描述手法。在1957年[[羅伯特·馬沙克]]與喬治·蘇達尚|E. C. George Sudarshan，及稍後[[理查德·費曼]]與[[默里·盖尔曼|默里·蓋爾曼]]，提出了弱相互作用的'''V−A'''（[[矢量|向量]]V減[[赝矢量|軸向量]]A或左手性）[[拉格朗日量]]。在這套理論中，弱相互作用只作用於左手粒子（或右手反粒子）。由於左手粒子的鏡像反射是右手粒子，所以這解釋了宇稱的最大破壞。有趣的是，由於'''V−A'''開發時還未有發現Z玻色子，所以理論並沒有包括進入中性流相互作用的右手場。

然而，該理論允許複合對稱'''[[CP破壞|CP]]'''守恆。'''CP'''由兩部份組成，宇稱'''P'''（左右互換）及電荷共軛'''C'''（把粒子換成反粒子）。1964年的一個發現完全出乎物理學家的意料，[[詹姆斯·克羅寧]]與[[瓦尔·菲奇|瓦爾·菲奇]]以[[K介子]]衰變，為弱相用作用下[[CP破壞|CP對稱破缺]]提供了明確的證據，二人因此獲得1980年的諾貝爾物理學獎。[[小林诚 (物理学家)|小林誠]]與[[益川敏英]]於1972年指出，弱相互作用的CP破壞，需要兩代以上的粒子，因此這項發現實際上預測了第三代粒子的存在，而這個預測在2008年為他們帶來了半個諾貝爾物理學獎。跟宇稱不守恆不一樣，CP破壞的發生概率並不高，但是它仍是解答宇宙間物質反物質失衡的一大關鍵；它因此成了[[安德烈·德米特里耶维奇·萨哈罗夫|安德烈·薩哈羅夫]]的[[重子產生過程]]三條件之一。

== 相互作用類型 ==
弱相互作用共有兩種。第一種叫“[[載荷流相互作用]]”，因為負責傳遞它的粒子帶電荷（[[w及Z玻色子|W boson+或W boson-]]），β衰變就是由它所引起的。第二種叫“[[中性流|中性流相互作用]]”，因為負責傳遞它的粒子，[[W及Z玻色子|Z玻色子]]，是中性的（不帶電荷）。

=== 載荷流相互作用 ===
在其中一種載荷流相互作用中，一帶電荷的[[輕子]]（例如電子或μ子，電荷為−1）可以吸收一[[w及Z玻色子|W boson+玻色子]]（電荷為+1），然後轉化成對應的[[中微子]]（電荷為0），而中微子（電子、μ及τ）的類型（代）跟相互作用前的輕子一致，例如：
:\mu^-+ W^+\to \nu_\mu
同樣地，一下型[[夸克]]（電荷為−3）可以通過發射一W boson-玻色子，或吸收一W boson+玻色子，來轉化成一上型夸克（電荷為+2）。更準確地，下型夸克變成了上型夸克的[[态叠加原理|量子疊加態]]：也就是說，它有着轉化成三種上型夸克中任何一種的可能性，可能性的大小由[[卡比博-小林-益川矩阵|CKM矩陣]]所描述。相反地，一上型夸克可以發射一W boson+玻色子，或吸收一W boson-玻色子，然後轉化成一下型夸克：
:d \to u+ W^-
:d+ W^+\to u 
:c\to s + W^+
:c+ W^-\to s
由於W玻色子很不穩定，所以它壽命很短，很快就發生衰變。例如：
:W^-\to e^- + \bar\nu_e
:W^+\to e^+ + \nu_e
W玻色子可以衰變成其他產物，可能性不一。

在中子所謂的[[β衰变|β衰變]]中（見上圖），中子內的一下夸克，發射出一[[虛粒子|虛]]{W boson-玻色子，並因此轉化成一上夸克，中子亦因此轉化成質子。由於過程中的能量（即下夸克與上夸克間的質量差），W boson-只能轉化成一電子及一反電中微子。在夸克的層次，過程可由下式所述：
:d\to u+ e^- + \bar\nu_e

=== 中性流相互作用 ===
在中性流相互作用中，一夸克或一輕子（例如一電子或μ子）發射或吸收一中性[[W及Z玻色子|Z玻色子]]。例如：
:e^-\to e^- + Z^0

跟W玻色子一樣，Z玻色子也會迅速衰變，例如：
:Z^0\to b+\bar b

== 電弱理論 ==
在粒子物理學的[[标准模型|標準模型]]描述中，弱相互作用與[[電磁力|電磁相互作用]]是同一種相互作用的不同方面，叫[[電弱交互作用|電弱相互作用]]，這套理論在1968年發表，開發者為[[谢尔登·格拉肖|謝爾登·格拉肖]]、[[阿卜杜勒·萨拉姆|阿卜杜勒·薩拉姆]]。他們的研究在1979年獲得了[[诺贝尔物理学奖|諾貝爾物理學獎]]的肯定。[[希格斯机制|希格斯機制]]解釋了三種大質量玻色子（弱相互作用的三種載體）的存在，還有電磁相互作用的無質量[[光子]]。

根據電弱理論，在能量非常高的時候，宇宙共有四種無質量的[[规范玻色子|規範玻色子]]場，它們跟光子類似，還有一個複向量[[希格斯場]]雙重態。然而在能量低的時候，規範對稱會出現[[自发对称破缺|自發破缺]]，變成電磁相互作用的[[酉群|'''U'''(1)]]對稱（其中一個希格斯場有了[[真空期望值]]）。雖然這種對稱破缺會產生三種無質量玻色子，但是它們會與三股光子類場融合，這樣[[希格斯机制|希格斯機制]]會為它們帶來質量。這三股場就成為了弱相互作用的W boson+、W boson-及Z玻色子，而第四股規範場則繼續保持無質量，也就是電磁相互作用的光子。

雖然這套理論作出好幾個預測，包括在Z及W玻色子發現前預測到它們的質量，但是[[希格斯玻色子]]本身仍未被發現。[[歐洲核子研究組織]]轄下的[[大型強子對撞機]]，它其中一項主要任務，就是要生產出希格斯玻色子。

2013年3月14日，歐洲核子研究組織發佈新聞稿，正式宣布探測到新的粒子，即[[希格斯玻色子]]。
== 參考文獻 == 
{{reflist}}
[[Category:330 物理學總論]]