W 與 Z 玻色子

每當一個原子核發生 β 放射衰變、每當太陽在核心把氫燒成氦，一個看不見的重量級選手都在做工：W 玻色子。它與中性的手足 Z 一起，是弱核力的攜帶者，而弱力是唯一能把一種夸克或輕子變成另一種的力。不像可以永遠旅行的無質量光子，這些攜帶者笨重得驚人，而這份笨重正是弱力既弱又短程的原因——它幾乎跨不過一個質子。

W 與 Z 是電弱交互作用中有質量的自旋 1 規範玻色子。W 有兩個帶電態 W+ 與 W-，質量約 80.4 GeV；Z 為中性，質量約 91.2 GeV——各約比質子重九十倍。帶電的 W 傳遞會改變粒子身分的「帶電流」過程：在 β 衰變中，一個下夸克放出一個 W- 而變成上夸克，接著 W- 具現化為一個電子與一個反微中子。中性的 Z 則傳遞「中性流」散射，其中粒子交換動量與能量卻不改變身分。它們的大質量使有效交互作用極為短程，約 10^-18 公尺，因為一個質量為 M 的虛攜帶者最多只能到達約 hbar/(M c) 的距離。

這份質量從何而來？規範對稱禁止以人工方式塞入質量，所以 W 與 Z 是藉由吸收電弱對稱自發破缺後本應出現的戈德斯通玻色子而獲得質量——這就是希格斯機制——同時光子保持完全無質量。它們的質量早在粒子被發現之前多年，就已被電弱理論預測，1983 年在 CERN 的質子-反質子對撞機上被找到，這項勝利為魯比亞（Rubbia）與范德梅爾（van der Meer）贏得諾貝爾獎。W 與 Z 質量的精確比值由電弱混合角決定，至今仍是標準模型最嚴格的檢驗之一。