轻子与电弱力
W 与 Z 玻色子(the W and Z bosons)
/ double-yoo and zee BOH-zonz /
W 和 Z 玻色子是弱相互作用的信使粒子,就像光子是电磁力的信使、胶子是强相互作用的信使一样。它们是标准模型中最重的力的载体,也是弱相互作用之所以如此表现的原因。它们一共有三个:一个带正电的 W、它带负电的反粒子,以及电中性的 Z。
它们的决定性特征是其巨大的质量。W 大约是质子的 86 倍重,Z 大约是 97 倍——比把一整个铁原子塞进一个点状粒子还重。这极不寻常,因为电磁力中对应的载体——光子——质量恰好为零。正是这份沉重,赋予了弱相互作用极小的作用范围和表面上的微弱。带电的 W 玻色子可以把电荷从一个粒子带到另一个粒子,这让弱相互作用得以改变粒子的身份;中性的 Z 不带电荷,因此在推动粒子的同时,保持粒子的身份不变。
1983 年发现 W 和 Z 是一项伟大成就,它证实了电弱理论,并赢得了诺贝尔奖。如今它们在高能对撞机上被成百上千万地产生出来,表现为短命的共振,几乎瞬间就衰变成一对更轻的粒子。精确研究它们出现的频率和衰变的方式,是我们对标准模型最精确的检验之一。
在对撞机上,Z 玻色子常常通过它衰变成一个缪子和一个反缪子而被发现。把这一对粒子的能量和动量加起来,总是重建出同一个质量,约 91 GeV——数据中一道尖锐的峰,正是 Z 不会认错的标志。
一对缪子-反缪子重建到 91 GeV,就是 Z 玻色子的名片。
W 和 Z 之所以重并非偶然,而是源于希格斯机制:它赋予二者质量,却让光子保持无质量——不过这段来历是另一个独立的话题。
又称
另见