輕子與電弱力

弱交互作用(the weak force)

弱交互作用是大自然四種基本力中的第三種,也是負責「改變」的那一種。電磁力主要負責推拉,強交互作用主要負責束縛,而弱交互作用讓一種粒子變成另一種粒子。它是放射性原子核能夠轉變的原因,是太陽能把氫燒成氦的原因,也是唯一能觸及那難以捉摸的微中子的力。

弱交互作用的特別之處在於它能改變粒子的身份。通過弱交互作用,中子可以變成質子,下夸克可以變成上夸克,緲子可以變成電子。它的做法是在相關粒子之間傳遞一個沉重的載體粒子——W 玻色子或 Z 玻色子。由於這些載體非常重(大約是質子質量的 85 到 95 倍),弱交互作用只能伸及極其微小的距離,在我們通常接觸的尺度上作用十分微弱,這正是它被稱為「弱」的原因。

儘管微弱,弱交互作用卻不可或缺。沒有它,為太陽供能的反應鏈甚至無法啟動,恆星和超新星內部鍛造的化學元素無法形成,放射性也不會存在。在現代理論中,它其實根本算不上一種獨立的力:在高能下,它與電磁力合併成單一的電弱交互作用,這是 20 世紀物理學最偉大的統一之一。

太陽之所以發光,靠的就是弱交互作用。它的第一步、也是最慢的一步,是把兩個質子聚合成一個氘核,這需要其中一個質子變成中子——一次弱交互作用的轉變。正是這一步遲緩而稀有,才決定了太陽的節奏,讓它得以穩定燃燒數十億年。

弱交互作用扼住了太陽聚變的速度,才有了它漫長而穩定的壽命。

「弱」指的是它在日常距離上作用多麼微弱,而非它無足輕重;在極高能量下,它的內在強度與電磁力相當。

又稱
weak interactionweak nuclear force弱力弱核力