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{{NoteTA|G1=Physics}}

{{Infobox Particle
| bgcolour =
| name = ''W''<sup>±</sup>，''Z''<sup>0</sup>玻色子
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| caption =
| num_types =
| composition = [[基本粒子]]
| family = [[玻色子]]
| group = [[規範玻色子]]
| generation =
| interaction = [[弱相互作用]]
| theorized = 1967年 ([[史蒂文·温伯格|温伯格]]，[[阿卜杜勒·萨拉姆|萨拉姆]])
| discovered = 1983年（UA1和UA2合作组）
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| mass = W: 80.385±0.015GeV<br />Z: 91.1876±0.0021GeV
| decay_time =
| decay_particle =
| electric_charge =
| spin = 1
| num_spin_states =
}}

在[[物理學]]中，'''W及Z玻色子'''（boson）是負責傳遞[[弱核力]]的[[基本粒子]]。它們是1983年在[[歐洲核子研究組織]]發現的，被認為是[[粒子物理]][[標準模型]]的一大勝利。

'''W玻色子'''是因弱核力的“弱”（'''W'''eak）字而命名的。而'''Z玻色子'''則因是“最後一個要發現的粒子”而名。另一個說法是因Z玻色子有零（'''Z'''ero）[[電荷]]而得名。

== 基本性質 ==

W玻色子有兩種，分別有 +1（W<sup>+</sup>）和−1（W<sup>−</sup>）單位電荷。W<sup>+</sup>是W<sup>−</sup>的[[反粒子]]。而Z玻色子（Z<sup>0</sup>）則為電中性的，且為自身的反粒子。這三種粒子皆十分短命，其[[半衰期]]約為<math>3 \times 10^{-25}</math>秒。

這些[[玻色子]]在各種基本粒子之中屬重型的一類。W的[[質量]]為80.399 ± 0.023 GeV，而Z則為91.1876 ± 0.0021 GeV。它們差不多是[[質子]]質量的一百倍——比[[鐵]][[原子]]還要重。玻色子的質量是十分重要的，因其限制了弱核力的作用範圍。相對地，因為[[光子]]無質量，故[[電磁力]]的作用範圍無限遠。

== 弱相互作用 ==
[[File:Beta Negative Decay.svg|thumb|280px|費曼圖β -衰變的一個中子變成質子，以及通过一个瞬间的重[[W玻色子]]衰变成的[[电子]]和[[反電微中子]]]]
W和Z玻色子是传递[[弱相互作用]]的媒介粒子，就像[[光子]]是传递[[电磁相互作用]]和[[膠子|胶子]]是传递[[强相互作用]]的媒介粒子一樣。W玻色子在[[核衰變]]過程中擔任一個重要的角色。以[[鈷]]-60的[[β衰變]]為例，

:<math>{}^{60}_{27}\hbox{Co}\to{}^{60}_{28}\hbox{Ni}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>

此反應在[[超新星]]和[[中子彈]]爆炸時是非常重要的。可是它並不需牽涉到整個[[鈷]][[核子]]，而只是它33個[[中子]]其中之一。此[[中子]]在[[粒子衰變|衰變]]期間轉變成一個[[質子]]、[[電子]]（又叫[[β粒子]]）和[[反電微中子]]：

: <math>\hbox{n}\to \hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>

但中子和質子都只是[[夸克]]的組合（中子是“上下下”(標準模型符號為:u,d,d)，質子是“上上下”(標準模型符號為:u,u,d)）。中子的一粒下夸克在β衰變中受弱相互作用的影响而變成上夸克：

: <math>\hbox{d}\to\hbox{u}+\hbox{W}^-</math>，

故弱相互作用可改變夸克的“味道”（參閱[[費米子]]）。而所發出的W<sup>−</sup>粒子迅速衰變成電子和反電微中子：

: <math>\hbox{W}^-\to\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>

因Z玻色子是自己的[[反粒子]]，故它的所有[[量子數]]皆為零。交換Z玻色子是一個[[中性流]]作用（Neutral current interaction），而接收和發出Z玻色子的粒子除[[動量]]外甚麼也沒變。要觀測中性流作用需要在[[粒子加速器]]和[[粒子偵察器]]上作很大的投資，故目前世界上只有幾所[[高能物理]]實驗室擁有這些儀器。

== W和Z玻色子的預測 ==
[[File:Kaon-box-diagram.svg|thumb|[[費曼圖]]]]
於1950年代[[量子電動力學]]的空前成功後，科學家希望為弱核力建立相似的理論。於1968年，這個論調在統一電磁力和弱核力後達到高潮。提出弱電統一的[[谢尔登·格拉肖]]、[[史蒂文·温伯格]]和[[阿卜杜勒·萨拉姆]]因此得到1979年的[[諾貝爾獎|諾貝爾物理學獎]]<ref>{{Cite web |url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1979/ |title=存档副本 |accessdate=2004-11-27 |archive-date=2004-08-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20040803075503/http://www.nobel.se/physics/laureates/1979/ |dead-url=no }}</ref>。他們的[[弱電理論]]不止假設了W玻色子的存在來解釋β衰變，還預測有一種未被發現的Z玻色子。

W和Z玻色子有質量，而光子卻沒有——這是弱電理論發展的一大障礙。這些粒子現時以一個SU(2) [[规范理論]]來精確描述，但理論中玻色子必定無質量。譬如，光子無質量是因為電磁力能以一個U(1)规范理論解釋。某些機制必須破壞SU(2)的對稱來給予W和Z玻色子的質量。其中一個解釋是由[[彼得·希格斯]]於1960年代晚期提出的[[希格斯機制]]。它預言了一種新粒子——[[希格斯玻色子]](現今此粒子已被證實存在了)。

SU(2)測量儀理論、電磁力和希格斯機制三者的組合稱為[[電弱交互作用|格拉肖-温伯格-萨拉姆模型]]。它是目前廣泛接受為標準模型的一大支柱。

== W和Z玻色子的發現 ==

W和Z粒子的發現是[[歐洲核子研究組織]]的主要成就之一。首先，於1973年，實驗觀察到了弱電理論預測的中性流作用；那時[[加尔加梅勒]]的[[氣泡室]]拍攝到有一些電子突然自行移動的軌跡。這些觀測結果被詮釋為[[中微子]]藉由交換沒有軌跡的Z玻色子與電子互相作用。由於中微子是偵測不到的，因此實驗中-{只}-能看到電子因著交互作用而造成的動量改變。

W和Z粒子要到能量夠高的[[粒子加速器]]建立後才正式被發現。第一部這樣的加速器是[[超級質子同步加速器]]，其中[[卡洛·鲁比亚]]和[[西蒙·范德梅尔]]在1983年一月進行的一連串實驗給出了明顯的W粒子證據。這些實驗稱作“UA1”（由鲁比亚主導）和“UA2”，且為眾多人合作的努力成果。范德梅尔是加速器方面的驅策者（[[隨機冷卻]]）。UA1和UA2在幾個月後（1983年五月）找到Z粒子。很快地鲁比亚和范德梅尔因而得到1984年的[[諾貝爾物理學獎]]<ref>{{Cite web |url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1984/ |title=存档副本 |accessdate=2004-11-27 |archive-date=2004-08-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20040803075707/http://www.nobel.se/physics/laureates/1984/ |dead-url=no }}</ref>，這可算是保守的諾貝爾獎基金會自成立以來相當不尋常迅速的一次。

==参考资料==
<references />

== 外部連結 ==
* [http://pdg.lbl.gov/ 粒子物理學回顧（The Review of Particle Physics）] {{Wayback|url=http://pdg.lbl.gov/ |date=20170907205728 }}：粒子性質資訊的首要來源。
*[https://web.archive.org/web/20050416075202/http://intranet.cern.ch/Chronological/Announcements/CERNAnnouncements/2003/09-16WZSymposium/Courier/HeavyLight/Heavylight.html CERN的W和Z粒子網頁]
{{粒子}}

[[Category:规范玻色子]]
[[Category:基本粒子]]
[[Category:电弱理论]]
[[Category:1983年面世]]
[[Category:1967年开始]]