轻子与电弱力
弱相互作用为什么弱(what makes the weak force weak)
把弱相互作用称为'弱',自然会引出一个问题:和什么相比弱?为什么弱?令人意外的答案是:弱相互作用本身并不孱弱。当两个粒子贴得极近、几乎重叠时,弱耦合的基本强度其实与电磁力相仿。它的弱,几乎完全在于'够不着',而不在于力气本身。
关键在于它的信使的质量。力靠交换粒子来传递,而沉重的信使跑不远。量子理论允许力的载体短暂借用能量来存在,但它越重,要借的能量就越多,能存活的时间和距离就越短。W 和 Z 玻色子极重——约为质子质量的 86 倍和 97 倍——所以弱相互作用在大约千分之一个质子宽度之后就消散殆尽。两个粒子必须靠得近到几乎不可能,弱相互作用才能插上话。相比之下,传递电磁力的光子没有质量,因而作用距离无限。
这解释了很多现象。在日常生活的低能量下,粒子很少能靠得近到让弱相互作用起作用,所以它看上去微弱得近乎消失,依赖它的过程(比如放射性衰变)也很慢。但把能量大幅提高——比如恒星内部或对撞机中——粒子就能靠得足够近,弱相互作用便显露出它真正的强度,表现得与电磁力旗鼓相当。这种趋同,正是两者其实是同一个电弱相互作用'乔装打扮'的第一条线索。
比较一下作用距离:光子没有质量,所以电磁力可以穿过整个房间。W 玻色子大约和一个锶原子的原子核一样重,所以弱相互作用在大约千分之一个质子宽度之外就消失了。近处强度相当,作用距离却天差地别。
载体沉重、作用范围极小:这就是弱相互作用看似微弱的全部秘密。
弱相互作用在低能量下弱,是因为载体质量大;而那质量本身来自希格斯机制,那是另一个独立的话题。
又称
另见