弱核力

在粒子物理學的標準模型中，弱相互作用的理論指出，它是由W及Z玻色子的交換（即發射及吸收）所引起的，由於弱力是由玻色子的發射（或吸收）所造成的，所以它是一種非接觸力。這種發射中最有名的是β衰變，它是放射性的一種表現。重的粒子性質不穩定，由於Z及W玻色子比質子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距離非常短。這種相互作用叫做“弱”，是因為β衰變發生的概率比強相互作用低很多，表示它的一般強度比電磁及強核力弱好幾個數量級。大部分粒子在一段時間后，都會通過弱相互作用衰變。弱相互作用有一種獨一無二的特性——那就是夸克味變——其他相互作用做不到這一點。另外，它還會破壞宇稱對稱及CP對稱。夸克的味變使得夸克能夠在六種“味”之間互換。

弱力最早的描述是在1930年代，是四費米子接觸相互作用的費米理論：接觸指的是沒有作用距離（即完全靠物理接觸）。但是現在最好是用有作用距離的場來描述它，儘管那個距離很短。在1968年，電磁與弱相互作用統一了，它們是同一種力的兩個方面，現在叫弱電相互作用。

弱相互作用在粒子的β衰變中最為明顯，在由氫生產重氫和氦的過程中（恆星熱核反應的能量來源）也很明顯。放射性碳定年法用的就是這樣的衰變，此時碳-14通過弱相互作用衰變成氮-14。它也可以造出輻射冷光，常見於超重氫照明；也造就了β伏這一應用領域（把β射線的電子當電流用）。

弱相互作用共有兩種。第一種叫“載荷流相互作用”，因為負責傳遞它的粒子帶電荷（W+或W−），β衰變就是由它所引起的。第二種叫“中性流相互作用”，因為負責傳遞它的粒子，Z玻色子，是中性的（不帶電荷）。

在其中一種載荷流相互作用中，一帶電荷的輕子（例如電子或μ子，電荷為−1）可以吸收一玻色子（電荷為），然後轉化成對應的中微子（電荷為0），而中微子（電子、μ及τ）的類型（代）跟相互作用前的輕子一致。

在中性流相互作用中，一夸克或一輕子（例如一電子或μ子）發射或吸收一中性Z玻色子。

跟W玻色子一樣，Z玻色子也會迅速衰變。

弱相互作用有如下的數項特點：

唯一能夠改變夸克味的相互作用。

唯一能令宇稱不守恆的相互作用。因此它也是唯一違反CP對稱的相互作用。

由具質量的規範玻色子所介導的相互作用。這一不尋常的特點可由標準模型的希格斯機制得出。

在粒子物理學的標準模型描述中，弱相互作用與電磁相互作用是同一種相互作用的不同方面，叫弱電相互作用，這套理論在1968年發表，開發者為謝爾登·格拉肖、阿卜杜勒·薩拉姆與史蒂文·溫伯格。他們的研究在1979年獲得了諾貝爾物理學獎的肯定。希格斯機制解釋了三種大質量玻色子（弱相互作用的三種載體）的存在，還有電磁相互作用的無質量光子。

根據電弱理論，在能量非常高的時候，宇宙共有四種無質量的規範玻色子場，它們跟光子類似，還有一個復矢量希格斯場雙重態。然而在能量低的時候，規範對稱會出現自發破缺，變成電磁相互作用的U(1)對稱（其中一個希格斯場有了真空期望值）。雖然這種對稱破缺會產生三種無質量玻色子，但是它們會與三股光子類場融合，這樣希格斯機制會為它們帶來質量。這三股場就成為了弱相互作用的、及Z玻色子，而第四股規範場則繼續保持無質量，也就是電磁相互作用的光子。

雖然這套理論作出好幾個預測，包括在Z及W玻色子發現前預測到它們的質量，但是希格斯玻色子本身仍未被發現。歐洲核子研究組織轄下的大型強子對撞機，它其中一項主要任務，就是要生產出希格斯玻色子。 2013年3月14日，歐洲核子研究組織發布新聞稿，正式宣布探測到新的粒子，即希格斯玻色子。