輕子與電弱力
W 與 Z 玻色子(the W and Z bosons)
/ double-yoo and zee BOH-zonz /
W 和 Z 玻色子是弱交互作用的信使粒子,就像光子是電磁力的信使、膠子是強交互作用的信使一樣。它們是標準模型中最重的力的載體,也是弱交互作用之所以如此表現的原因。它們一共有三個:一個帶正電的 W、它帶負電的反粒子,以及電中性的 Z。
它們的決定性特徵是其巨大的質量。W 大約是質子的 86 倍重,Z 大約是 97 倍——比把一整個鐵原子塞進一個點狀粒子還重。這極不尋常,因為電磁力中對應的載體——光子——質量恰好為零。正是這份沉重,賦予了弱交互作用極小的作用範圍和表面上的微弱。帶電的 W 玻色子可以把電荷從一個粒子帶到另一個粒子,這讓弱交互作用得以改變粒子的身份;中性的 Z 不帶電荷,因此在推動粒子的同時,保持粒子的身份不變。
1983 年發現 W 和 Z 是一項偉大成就,它證實了電弱理論,並贏得了諾貝爾獎。如今它們在高能對撞機上被成百上千萬地產生出來,表現為短命的共振,幾乎瞬間就衰變成一對更輕的粒子。精確研究它們出現的頻率和衰變的方式,是我們對標準模型最精確的檢驗之一。
在對撞機上,Z 玻色子常常通過它衰變成一個緲子和一個反緲子而被發現。把這一對粒子的能量和動量加起來,總是重建出同一個質量,約 91 GeV——數據中一道尖銳的峰,正是 Z 不會認錯的標誌。
一對緲子-反緲子重建到 91 GeV,就是 Z 玻色子的名片。
W 和 Z 之所以重並非偶然,而是源於希格斯機制:它賦予二者質量,卻讓光子保持無質量——不過這段來歷是另一個獨立的話題。
又稱
另見