W及Z玻色子
1983年在CERN发现的粒子
条目
物理特性
W玻色子因弱核力的“弱”字而得名，而Z玻色子则因是“最后一个要发现的粒子”或其具有零电荷而得名。W玻色子分为两种，分别为带有+1（W+）和-1（W-）单位电荷的粒子，其中W+是W-的反粒子。Z玻色子（Z0）则是电中性的，并且是自身反粒子。这三种粒子均极为短暂，其半衰期大约为3秒。W玻色子的质量为80.399 ± 0.023 GeV，而Z玻色子的质量为91.1876 ± 0.0021 GeV，两者均为质子质量的大约一百倍，甚至超过铁原子的质量。玻色子的质量对其所传递的弱核力的作用范围至关重要，相比之下，由于光子无质量，其所传递的电磁力可以无限远处发挥作用[2]。
背景与预测
随着量子电动力学的成功，科学家们开始寻求建立类似的弱核力理论。1968年，这种追求达到了顶峰，当时提出了弱电统一理论。Sheldon Glashow、Steven Weinberg和Abdus Salam因提出这一理论而获得了1979年的诺贝尔物理学奖。他们的理论不仅假设了W玻色子的存在以解释β衰变，还预测了另一种尚未发现的Z玻色子。W和Z玻色子的质量问题一度成为理论发展的障碍，因为按照当时的SU(2)规范理论，玻色子应该是无质量的。然而，Peter Higgs在1960年代末提出的希格斯机制解决了这个问题，该机制预言了一种新的粒子——希格斯玻色子。将SU(2)规范理论、电磁力和希格斯机制相结合的理论被称为Glashow-Weinberg-Salam模型，它是当前广为接受的标准模型的核心组成部分[3]。