兩位信使，兩種差事
你已經認識了弱相互作用，知道它是四種力中那個愛破壞規則的傢伙，也認識了被它驅使來去的輕子。現在，我們來給它的信使取名。弱相互作用並非由一個載體掌管，而是由三個密切相關的載體來掌管：W 玻色子，它有帶正電（W⁺）和帶負電（W⁻）兩個版本；以及電中性的 Z 玻色子。它們就是W 與 Z 玻色子，而弱相互作用一切奇異之處，幾乎都歸結於關於它們的一個事實——它們很*重*，W 約為 80 GeV，Z 約為 91 GeV，每一個都差不多相當於把一整個銀原子擠進了一個粒子裡。
W 與 Z 把弱相互作用的活計分擔了開來，而那條分界線，就是電荷。因為 W 帶電，所以每當它被發射或被吸收時，它都必須帶走或帶來一個單位的電荷——於是被它碰到的那個粒子，就不得不*變成*別的什麼東西，好讓帳目保持平衡。而 Z 是中性的，進出都不攜帶電荷，於是被它碰到的粒子依舊是它自己，只不過被推搡了一下。這樣一來，兩個載體便有了兩種全然不同的差事：一個負責變身，另一個只負責拍拍肩膀。
帶電流：W 改變你的身份
由一個 W 來傳遞的相互作用，叫作帶電流相互作用——「帶電」是因為載體帶電，「流」是因為它是弱相互作用的流動。這就是帶電流，而它是整個物理學中唯一一扇門，讓一個粒子能夠改變自己的*味*。一個下夸克可以發射一個 W⁻ 而變成上夸克；一個上夸克可以發射一個 W⁺ 而變成下夸克。一個電子可以吸收一個 W⁺ 而變成一個中微子。沒有任何別的力能做到這一點——光子和膠子總是讓一個粒子還是它原本那種東西。
這恰恰就是β 衰變背後的機制——你早已知道，這種放射性正是弱相互作用的標誌性手筆。在一個中子內部，兩個下夸克中的一個發射出一個 W⁻，翻轉成了上夸克——而僅僅這一次夸克翻轉，就把整個中子（上-下-下）變成了一個質子（上-上-下）。它吐出的那個 W⁻ 實在太重，連一瞬間都活不下去，於是立刻碎裂成一個電子和一個反中微子。這些，就是從放射性原子核裡飛出來的那些粒子。整樁事件，不過是一個 W 施展它那唯一的把戲：改變一個夸克的味，再用一對新生的輕子來把帳目平上。
Neutron -> Proton + electron + antineutrino
quark level: d -> u + W-
W- -> e- + (anti-nu_e)
(charge: -1/3 -> +2/3 , carried off by the W- = -1)同樣的 W 把戲，也在重塑著輕子。μ 子，電子那位更重的表親，會在發射出一個 W⁻、變成它自己的中微子時發生衰變；那個 W⁻ 隨後變成一個電子和一個反中微子。這一種模式——發射一個 W、改變味、再讓 W 衰變——正是自然界中幾乎每一樁改變味事件背後的引擎，從點亮太陽的聚變，到對撞機裡造出的奇異粒子的衰變，無不如此。學會這一招，你就學會了弱相互作用究竟是*用來做什麼*的。
中性流：Z 只是推一把
由中性的 Z 來傳遞的相互作用，是中性流相互作用。在這裡，沒有誰會改變身份——一個粒子只是與另一個交換一個 Z，互換一點能量和動量，然後就以它原本那個一模一樣的粒子身份離開了。從這個意義上說，Z 看起來很像光子：兩者都是中性的，都讓自己的夥伴保持不變，都只是遞上一記推力。區別在於，Z 極其笨重，而且它會與一些光子完全無視的粒子耦合——最驚人的就是中微子，它沒有電荷可供光子抓握，卻依然能感受到 Z。
如果 Z 不過是在模仿光子，那標準模型究竟為什麼還需要它呢？因為統一。那個把弱相互作用與電磁相互作用聯姻起來的理論——電弱理論，整個這一階梯的深刻獎賞——*要求*在 W⁺、W⁻ 和光子之外，必須再有第四個中性載體。當方程被配平時，根本就沒有辦法在不同時預言出一個中性流的前提下，構造出一個自洽的帶電流弱相互作用理論。Z 不是被人用手硬塞進去的；它是作為一項必然要求，從數學裡自己掉出來的。
這個預言之所以令人激動，是因為在當時，從沒有人見過一種*不*改變味的弱相互作用。所有已知的弱過程——β 衰變、μ 子衰變——都是透過帶電流進行的。一種保持味不變的弱相互作用，將會是一種全新的現象。於是，中性流是否存在，就成了對整個統一構想一項乾淨俐落、可被證偽的檢驗：找到它們，理論便屹立不倒；找不到它們，理論便轟然倒塌。
獵捕載體：1973 與 1983
頭一個獵物，就是中性流本身。1973 年，歐洲核子研究中心（CERN）一台名為 Gargamelle 的氣泡室實驗，拍到了中微子從物質上散射出去、自己卻離開了——但顯然踢動了電子和原子核。一個中微子撞上某樣東西後卻*依然是中微子*，那它就只可能是透過 Z 做到這一點的。這些是有史以來第一批被看見的中性流事件，是電弱理論的第一次偉大證實，比任何人親眼見到載體本身，整整早了十年。
把 W 與 Z 當作真實粒子來捕捉，則要難得多，因為要直接造出一個，就意味著要在單單一次碰撞中，付清它那全部約 80–91 GeV 的靜止能量——而這所要求的機器，比當時運行的任何一台都更強大。CERN 重建了一台對撞機，讓質子與反質子以足夠高的能量相撞，以鍛造出真實的 W 與 Z，而在 1983 年，兩支龐大的探測器團隊——UA1 與 UA2——找到了它們。那決定性的特徵訊號乾淨俐落：一個 W 會以一個高能電子或 μ 子飛出、同時伴隨著一份相稱的、由看不見的中微子帶走的缺失能量來暴露自己；而一個 Z 則以更為銳利的方式宣告自身——它衰變成一對電子-正電子或一對 μ 子，而它們合起來的能量總是加到同一個 91 GeV。
這次發現證實了什麼
1983 年那場勝利，並不僅僅在於 W 與 Z 確實存在——而在於它們恰好出現在*理論曾經預言的那些質量*上。多年以前，電弱理論就預言出了這兩個數字，約 80 和 91 GeV，那時還沒有任何機器能夠達到它們。當載體幾乎不偏不倚地在那裡現身時，它的說服力，幾乎已經達到一項科學預言所能達到的極致：理論早已告訴了我們該往哪裡挖，而獎賞就在那裡等著。理論、預言與發現，嚴絲合縫地咬合在了一起。
更深一層，這次發現證實了：電磁相互作用與弱相互作用，確實是同一種電弱相互作用的兩副面孔。W 與 Z 如此之重、而它們的同胞光子卻分文不重——這個事實正是核心線索：必定有什麼東西，把這個曾經統一的家族給劈開了，給三個載體壓上了重擔，卻放過了一個。那場劈裂——為什麼 W 與 Z 重而光子不重——徑直指向了弱相互作用顯得弱的原因，也指向了希格斯機制，那是後面某一階梯的主題。載體的質量，正是一種古老對稱性的化石記錄，那對稱性在宇宙冷卻時破缺了。
最後，以一條誠實的告誡收尾。給載體取名，告訴了你弱相互作用*做什麼*、能伸展*多遠*，卻沒有告訴你它最古怪的秘密——它對待左和右並不一視同仁，破壞了其他作用力都尊重的一種對稱性。W 只與物質的某一種「手性」耦合，而這種偏頗，正是這一階梯的下一章。眼下，請握住這個乾淨的分工：帶電的 W 負責變身，中性的 Z 負責推搡，而兩者都重到足以讓它們的力勉強才能跨越一個原子核輕語一聲——直到你給一次碰撞餵下足夠的能量，把它們變成真實的為止。