在粒子物理學中，電弱互動作用是電磁作用與弱互動作用的統一描述，而這兩種作用都是自然界中四種已知基本力。雖然在日常的低能量情況下，電磁作用與弱作用存在很大的差異，然而在超過統一溫度，即數量級在 100 GeV 的情況下，這兩種作用力會統合成單一的電弱作用力。因此如果宇宙是足夠的熱（約 1015K，在大爆炸發生不久以後溫度才降至比上述低的水平），就只有一種電弱作用力，不會有分開的電磁作用與弱互動作用。 由於將基本粒子的電磁作用與弱作用統一的這項貢獻，阿卜杜勒薩拉姆、謝爾登格拉肖以及史蒂文溫伯格獲頒 1979 年的諾貝爾物理獎 。電弱互動作用的理論目前經以下兩個實驗證明存在： 1973 年在 Gargamelle 氣泡室首次在微中子散射實驗中發現中性流的存在。 1983 年在超級質子同步加速器進行的 UA1 和 UA2 質子反質子對撞實驗中發現 W 及 Z 玻色子。 數學表述 數學上統一電磁作用及弱作用是經由一個 SU 2U 1 的規範群。當中對應的零質量規範玻色子分別是三個來自 SU 2 弱同位旋的 W 玻色子 、和 以及一個來自 U 1 弱超荷的 B0 玻色子。 在標準模型裡和玻色子和光子是經由 SU 2U 1 Y 的電弱對稱性自發對稱破缺成 U 1 em 所產生的，此一過程稱作希格斯機制（見希格斯玻色子） 。U 1 Y 和 U 1 em 都屬於 U 1 群，但兩者不同；U 1 em 的生成元是電荷 QY2I3，而其中 Y 是 U 1 Y（叫弱超荷）的生成元，I3（弱同位旋的一個分量）則是 SU 2 的其中一個生成元。 自發對稱破缺使和 B0 玻色子組合成兩種不同的玻色子：玻色子和光子 γ。 如下： begin pmatrix gamma Z0 end pmatrix begin pmatrix cos theta_W sin theta_W sin theta_W cos theta_W end pmatrix begin pmatrix B0 W0 end pmatrix 其中 θW 為弱混合角。對稱破缺使得代表粒子的軸在 B0 平面上旋轉，其旋轉角為 θW（見右圖）。對稱破缺同時使得和的質量變得不一樣（它們的質量分別以 MZ 和 MW 表示）： M_Zfrac M_Wcostheta_W 電磁作用與弱力在對稱破缺後變得不同，是因為希格斯玻色子的 Y 及 I3，可以組成一個答案為零的線性組合：U 1 em 的定義生成元（電荷）正是這個組合，所以電磁作用不與希格斯場作用，亦因此保留對稱性（光子零質量）。 拉格朗日量 自發對稱破缺之前 電弱互動作用的拉格朗日量在自發對稱破缺之前分成四個部分： mathcal L_EW mathcal L_g mathcal L_f mathcal L_h mathcal L_y mathcal L_g 項描述三種 W 粒子及一種 B 粒子的互動作用： mathcal L_g frac 14 Wamunu W_munua frac 14 Bmunu B_munu 其中 Wamunu a123 及 Bmunu 分別為弱同位旋及弱超荷的場強度張量。 mathcal L_f 為標準模型費米子的動能項。規範玻色子與費米子間的互動作用是由共變導數所描述的。 mathcal L_f overline Q_i iD Q_i overline u_i iD u_i overline d_i iD d_i overline L_i iD L_i overline e_i iD e_i 其中下標 i 代表費米子代，根據愛因斯坦求和約定，各項中重覆的下標會把三代的結果都加起來，而 Q、u 和 d 分別代表夸克的左手性雙重態、右手性上單重態和右手性下單重態，L 和 e 則代表輕子的左手性雙重態和右手性電子單重態。注意右手性中微子是不參與弱相互作用的，因此輕子比夸克少一個項。 mathcal L_h 描述希格斯場 F： mathcal L_h D_mu h2 lambda left h2 frac v22right2 mathcal L_y 負責提供湯川耦合，它會把希格斯場所產生的真空期望值變成質量， mathcal L_y y_u ij epsilonab h_bdagger overline Q_ia u_jc y_d ij h overline Q_i dc_j y_eij h overline L_i ec_j hc 自發對稱破缺之後 在希格斯玻色子獲得真空期望值後，拉格朗日量 mathcal L_EW mathcal L_K mathcal L_N mathcal L_C mathcal L_H mathcal L_HV mathcal L_WWV mathcal L_WWVV mathcal L_Y 動能項 mathcal L_K 含有拉格朗日量中所有的二次項，當中包括動力項（偏微分）和質量項（明顯地沒有出現於對稱破缺之前的拉格朗日量之中）。 mathcal L_K sum_f overline fipartialm_f ffrac14A_munu Amunufrac12W_munu Wmunum_W2W_mu Wmufrac14Z_munu Zmunufrac12m_Z2Z_mu Zmufrac12 partialmu Hpartial_mu Hfrac12m_H2H2 其中總和把理論中費米子（夸克和輕子）的各代都加起來，而場 A_munu、Z_munu、W_munu 及 W_munuequiv W_munudagger 的形式如下： X_munupartial_mu X_nu partial_nu X_mu g fabc Xb_mu Xc_nu，（將 X 替換成相應的場，而 fabc 則是規範群的架構常數）。 拉格朗日量中的中性流分量 mathcal L_N 與載荷流分量 mathcal L_C，就是費米子與規範玻色子間的互動作用。 mathcal L_N e J_muem Amu frac g costheta_WJ_mu3sin2theta_WJ_muem Zmu 其中電磁流 J_muem 及中性弱流 J_mu3 分別為 J_muem sum_f q_foverline fgamma_mu f 及 J_mu3 sum_f I3_foverline f gamma_mufrac 1gamma52 f q_f 和 I_f3 分別是費米子的電荷和弱同位旋。 拉格朗日量的載荷流部分如下： mathcal L_Cfrac g sqrt2left overline u_igammamufrac 1gamma5 2MCKM_ij d_joverlinenu_igammamufrac 1gamma5 2e_iright W_muhc mathcal L_H 代表希格斯場的三點及四點自身互動作用。 mathcal L_Hfrac gm_H24m_W H3frac g2m_H232m_W2 H4 mathcal L_HV 代表規範向量玻色子的希格斯互動作用。 mathcal L_HVleft gm_WHfrac g2 4H2rightleft W_muWmufrac1 2cos2theta_W Z_mu Zmuright mathcal L_WWV 代表規範場的三點自身互動作用。 mathcal L_WWVig W_munuWmuWmu W_munuAnusintheta_WZnucostheta_WW_nuW_muAmunusintheta_WZmunucostheta_W mathcal L_WWVV 代表規範場的四點自身互動作用。 mathcal L_WWVV frac g2 4 left2W_muWmu A_musintheta_W Z_mucostheta_W22 W_muW_nu W_nuW_mu A_musintheta_W Z_mucostheta_W A_nusintheta_W Z_nucostheta_W2right 而 mathcal L_Y 則代表費米子與希格斯場間的湯川互動作用。 mathcal L_Y sum_f frac gm_f2m_Woverline ffH 注意各個弱耦合裡 frac 1gamma52 這個因子：這些因子會把旋量場的左手性分量投映出來。因此（對稱性破缺後的）電弱理論一般由被稱為手徵理論。 相關連結 基本互動作用 標準模型 弱混合角 參考資料 一般讀物 在沒有正規數學的情況下，傳遞出標準模型的大部份內容。在弱互動作用方面非常地深入。 教科書 論文 Category 粒子物理學 Category 量子場論