基本性质

W 玻色子有两种，分别有 +1（W⁺）和 −1（W⁻）单位电荷。W⁺ 是 W⁻ 的反粒子。而 Z 玻色子（Z⁰）则为电中性的，且为自身的反粒子。这三种粒子皆十分短命，其半衰期约为 秒。

这些玻色子在各种基本粒子之中属重型的一类。W 的质量为 80.4 GeV，而 Z 则为 81.2 GeV。它们差不多是质子质量的一百倍 —— 比铁原子还要重。玻色子的质量是十分重要的，因其限制了弱核力的相用范围。相对地，电磁力的相用范围无限远因为光子无质量。

弱相互作用

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的媒介粒子一样。W 玻色子在核衰变过程中担任一个重要的角色。以钴-60 的 β衰变为例，

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此过程在超新星和中子弹爆发时是非常重要的。可是它并不需牵涉到整个钴核子，而只是它 33 个中子其中之一。那个中子在衰变期间转变成一个质子、电子（又叫β粒子）和反电子中微子：


但中子和质子都只是夸克的组合（中子是“上下下”，质子是“上上下”）。中子的一粒下夸克在β衰变中受弱相互作用的影响而变成上夸克：


故弱相互作用可改变夸克的味道。而所发出的 W⁻ 粒子迅速衰变成电子和反电中微子：


因 Z 玻色子是自己的反粒子，故它的所有量子数皆为零。交换 Z 玻色子是一个中性流作用（Neutral current interaction），而接收和发出玻色子的粒子除动量外甚麽也没变。要观测中性流作用需要在粒子加速器和侦察器上作很大的投资，故目前世上只有几所高能物理实验室拥有这些仪器。

W 和 Z 玻色子的预测

於1950年代量子电动力学的空前成功後，科学家希望为弱核力建立相似的理论。於1968年，这个论调在统一电磁力和弱核力後达到高潮。提出弱电统一的 Sheldon Glashow、Steven Weinberg 和 Abdus Salam 因此得到 1979年的诺贝尔物理学奖（见http://www.nobel.se/physics/laureates/1979/）。他们的弱电理论不止假设了 W 玻色子的存在来解释β衰变，还预测有一种未被发现的 Z 玻色子。

W 和 Z 玻色子有质量，而光子却没有 —— 这是弱电理论发展的一大障碍。这些粒子现时以一个 SU(2) 规范理论（Gauge theory）来精确描述，但理论中玻色子必定无质量。譬如，光子无质量是因为电磁力能以一个 U(1) 规范理论解释。某些机制必须破坏 SU(2) 的对称来给予 W 和 Z 玻色子的质量。其中一个解释是由彼得．希格斯於1960年代晚期提出的希格斯机制。它预言了一种尚未发现的新粒子 —— 希格斯玻色子。

SU(2) 测量仪理论、电磁力和希格斯机制三者的组合称为 Glashow-Weinberg-Salam 模型。它是目前广泛接受为标准模型的一大支柱。至 2003年为止，标准模型唯一未被实验证实的预言只有希格斯玻色子。

W 和 Z 玻色子的发现

W 和 Z 粒子的发现是 CERN 引以自豪的。首先，於 1973年，弱电理论预言了中性流作用；那时 Gargamelle 的气泡室摄得一些电子突然自行移动的轨迹。这些被诠释为中微子通过交换隠形的 Z 玻色子与电子互相作用。因中微子是测不到的，故只有电子的动量改变可测。

以 W 和 Z 粒子要到一强劲的粒子加速器建立後才正式被发现。第一部这样的加速器是超级质子同步加速器（SPS），其中 Carlo Rubbia 和 Simon van der Meer 在1983年一月进行的一连串实验给出了明显的 W 粒子证据。这些实验称作“UA1”（由 Rubbia 主导）和“UA2”，且实为很多人努力的成果。Van der Meer 是负责加速器（随机冷却）的。UA1 和 UA2 在几个月後（1983 年五月）找到 Z 粒子。Rubbia 和 van der Meer 因而得到 1984年的诺贝尔物理学奖（见http://www.nobel.se/physics/laureates/1984/）。这算是保守的诺贝尔奖成立以来最异常的一步。

外部连结

• 粒子物理学回顾（The Review of Particle Physics）：粒子性质资讯的首要来源。
• CERN 的 W 和 Z 粒子网页