两位信使，两种差事
你已经认识了弱相互作用，知道它是四种力中那个爱破坏规则的家伙，也认识了被它驱使来去的轻子。现在，我们来给它的信使取名。弱相互作用并非由一个载体掌管，而是由三个密切相关的载体来掌管：W 玻色子，它有带正电（W⁺）和带负电（W⁻）两个版本；以及电中性的 Z 玻色子。它们就是W 与 Z 玻色子，而弱相互作用一切奇异之处，几乎都归结于关于它们的一个事实——它们很*重*，W 约为 80 GeV，Z 约为 91 GeV，每一个都差不多相当于把一整个银原子挤进了一个粒子里。
W 与 Z 把弱相互作用的活计分担了开来，而那条分界线，就是电荷。因为 W 带电，所以每当它被发射或被吸收时，它都必须带走或带来一个单位的电荷——于是被它碰到的那个粒子，就不得不*变成*别的什么东西，好让账目保持平衡。而 Z 是中性的，进出都不携带电荷，于是被它碰到的粒子依旧是它自己，只不过被推搡了一下。这样一来，两个载体便有了两种全然不同的差事：一个负责变身，另一个只负责拍拍肩膀。
带电流：W 改变你的身份
由一个 W 来传递的相互作用，叫作带电流相互作用——「带电」是因为载体带电，「流」是因为它是弱相互作用的流动。这就是带电流，而它是整个物理学中唯一一扇门，让一个粒子能够改变自己的*味*。一个下夸克可以发射一个 W⁻ 而变成上夸克；一个上夸克可以发射一个 W⁺ 而变成下夸克。一个电子可以吸收一个 W⁺ 而变成一个中微子。没有任何别的力能做到这一点——光子和胶子总是让一个粒子还是它原本那种东西。
这恰恰就是β 衰变背后的机制——你早已知道，这种放射性正是弱相互作用的标志性手笔。在一个中子内部，两个下夸克中的一个发射出一个 W⁻，翻转成了上夸克——而仅仅这一次夸克翻转，就把整个中子（上-下-下）变成了一个质子（上-上-下）。它吐出的那个 W⁻ 实在太重，连一瞬间都活不下去，于是立刻碎裂成一个电子和一个反中微子。这些，就是从放射性原子核里飞出来的那些粒子。整桩事件，不过是一个 W 施展它那唯一的把戏：改变一个夸克的味，再用一对新生的轻子来把账目平上。
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)同样的 W 把戏，也在重塑着轻子。μ 子，电子那位更重的表亲，会在发射出一个 W⁻、变成它自己的中微子时发生衰变；那个 W⁻ 随后变成一个电子和一个反中微子。这一种模式——发射一个 W、改变味、再让 W 衰变——正是自然界中几乎每一桩改变味事件背后的引擎，从点亮太阳的聚变，到对撞机里造出的奇异粒子的衰变，无不如此。学会这一招，你就学会了弱相互作用究竟是*用来做什么*的。
中性流：Z 只是推一把
由中性的 Z 来传递的相互作用，是中性流相互作用。在这里，没有谁会改变身份——一个粒子只是与另一个交换一个 Z，互换一点能量和动量，然后就以它原本那个一模一样的粒子身份离开了。从这个意义上说，Z 看起来很像光子：两者都是中性的，都让自己的伙伴保持不变，都只是递上一记推力。区别在于，Z 极其笨重，而且它会与一些光子完全无视的粒子耦合——最惊人的就是中微子，它没有电荷可供光子抓握，却依然能感受到 Z。
如果 Z 不过是在模仿光子，那标准模型究竟为什么还需要它呢？因为统一。那个把弱相互作用与电磁相互作用联姻起来的理论——电弱理论，整个这一阶梯的深刻奖赏——*要求*在 W⁺、W⁻ 和光子之外，必须再有第四个中性载体。当方程被配平时，根本就没有办法在不同时预言出一个中性流的前提下，构造出一个自洽的带电流弱相互作用理论。Z 不是被人用手硬塞进去的；它是作为一项必然要求，从数学里自己掉出来的。
这个预言之所以令人激动，是因为在当时，从没有人见过一种*不*改变味的弱相互作用。所有已知的弱过程——β 衰变、μ 子衰变——都是通过带电流进行的。一种保持味不变的弱相互作用，将会是一种全新的现象。于是，中性流是否存在，就成了对整个统一构想一项干净利落、可被证伪的检验：找到它们，理论便屹立不倒；找不到它们，理论便轰然倒塌。
猎捕载体：1973 与 1983
头一个猎物，就是中性流本身。1973 年，欧洲核子研究中心（CERN）一台名为 Gargamelle 的气泡室实验，拍到了中微子从物质上散射出去、自己却离开了——但显然踢动了电子和原子核。一个中微子撞上某样东西后却*依然是中微子*，那它就只可能是通过 Z 做到这一点的。这些是有史以来第一批被看见的中性流事件，是电弱理论的第一次伟大证实，比任何人亲眼见到载体本身，整整早了十年。
把 W 与 Z 当作真实粒子来捕捉，则要难得多，因为要直接造出一个，就意味着要在单单一次碰撞中，付清它那全部约 80–91 GeV 的静止能量——而这所要求的机器，比当时运行的任何一台都更强大。CERN 重建了一台对撞机，让质子与反质子以足够高的能量相撞，以锻造出真实的 W 与 Z，而在 1983 年，两支庞大的探测器团队——UA1 与 UA2——找到了它们。那决定性的特征信号干净利落：一个 W 会以一个高能电子或 μ 子飞出、同时伴随着一份相称的、由看不见的中微子带走的缺失能量来暴露自己；而一个 Z 则以更为锐利的方式宣告自身——它衰变成一对电子-正电子或一对 μ 子，而它们合起来的能量总是加到同一个 91 GeV。
这次发现证实了什么
1983 年那场胜利，并不仅仅在于 W 与 Z 确实存在——而在于它们恰好出现在*理论曾经预言的那些质量*上。多年以前，电弱理论就预言出了这两个数字，约 80 和 91 GeV，那时还没有任何机器能够达到它们。当载体几乎不偏不倚地在那里现身时，它的说服力，几乎已经达到一项科学预言所能达到的极致：理论早已告诉了我们该往哪里挖，而奖赏就在那里等着。理论、预言与发现，严丝合缝地咬合在了一起。
更深一层，这次发现证实了：电磁相互作用与弱相互作用，确实是同一种电弱相互作用的两副面孔。W 与 Z 如此之重、而它们的同胞光子却分文不重——这个事实正是核心线索：必定有什么东西，把这个曾经统一的家族给劈开了，给三个载体压上了重担，却放过了一个。那场劈裂——为什么 W 与 Z 重而光子不重——径直指向了弱相互作用显得弱的原因，也指向了希格斯机制，那是后面某一阶梯的主题。载体的质量，正是一种古老对称性的化石记录，那对称性在宇宙冷却时破缺了。
最后，以一条诚实的告诫收尾。给载体取名，告诉了你弱相互作用*做什么*、能伸展*多远*，却没有告诉你它最古怪的秘密——它对待左和右并不一视同仁，破坏了其他作用力都尊重的一种对称性。W 只与物质的某一种「手性」耦合，而这种偏颇，正是这一阶梯的下一章。眼下，请握住这个干净的分工：带电的 W 负责变身，中性的 Z 负责推搡，而两者都重到足以让它们的力勉强才能跨越一个原子核轻语一声——直到你给一次碰撞喂下足够的能量，把它们变成真实的为止。