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Découvert en 1983 par des physiciens travaillant auprès du Supersynchrotron à protons (SPS) du CERN, le boson Z est une particule élémentaire neutre. Comme le boson W, qui est une particule chargée, le boson Z porte la force faible.
La force faible est pratiquement aussi intense que la force électromagnétique, mais elle semble faible parce que son influence est limitée par la grande masse des bosons W et Z. En raison de la masse de ces bosons, la portée de la force faible est d'environ 10-18 mètres, et son influence s'évanouit totalement au-delà du rayon d'un proton.
Enrico Fermi a été le premier à proposer une théorie de la force faible en 1933, mais ce n'est que dans la décennie 1960 que Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg ont développé cette théorie pour lui donner sa forme actuelle, en postulant que les forces faible et électromagnétique sont en fait des manifestations différentes d'une même force dite électrofaible.
En émettant un boson W électriquement chargé, la force faible peut amener une particule telle que le proton à modifier sa charge en changeant la saveur de ses quarks. En 1958, Sidney Bludman a émis l'hypothèse qu'il pourrait y avoir une autre manifestation de la force faible, appelée « courant neutre faible », dont le médiateur serait un partenaire non chargé des bosons W, ultérieurement désigné sous le nom de boson Z.
En 1973, des physiciens travaillant auprès de la chambre à bulles Gargamelle au CERN présentaient les premiers indices probants de l’existence du courant neutre faible. Les neutrinos sont des particules qui n'interagissent que par l'interaction faible. Quand les physiciens ont examiné les collisions, ils ont pu détecter des indices de courant neutre faible, c'est-à-dire une indication indirecte du boson Z.
À la fin des années 1970, Carlo Rubbia, Peter McIntyre et David Cline proposent de convertir ce qui était alors le plus grand accélérateur du CERN, le Supersynchrotron à protons, en collisionneur proton-antiproton, le but étant de produire directement des bosons W et Z. Les deux types de particules ont été observées là pour la première fois en 1983 par les expériences UA1 and UA2.
Ces bosons ont ensuite été étudiés plus en détail au CERN et au Laboratoire national Fermi aux États-Unis. En 1989, de premiers résultats de physique en provenance du Grand collisionneur électron-positon au CERN ont produit une mesure de la largeur du boson Z et confirmé qu'il n'existe que trois types de neutrino électronique, muonique et tauique. Au cours des années 1990, le LEP et le Collisionneur linéaire du SLAC, aux États-Unis, ont produit des millions de bosons Z, ce qui a permis d'étudier ces particules. Les résultats ont confirmé la nécessité de rechercher la pièce manquante du Modèle standard, le boson de Higgs, lequel a été découvert en juillet 2012.
La découverte des bosons W et Z a été une prouesse technique extraordinaire, qui a confirmé un aspect critique du Modèle standard. C'est pourquoi Carlo Rubbia et Simon van der Meer ont reçu le prix Nobel de physique 1984.