弱い相互作用
弱い相互作用はクォークが他のクォークとフレーバーを交換できるという点で特有である。これらの特性の交換はフォースキャリアボソンにより媒介される。例えば、β崩壊中に中性子内のダウンクォークはアップクォークに変化し、これにより中性子が陽子に変わり電子と電子反ニュートリノが放出される。
弱い相互作用はパリティ対称性を破る唯一の基本相互作用であり、同様に電荷パリティ対称性を破る唯一の相互作用である。
弱い相互作用を伴う現象の他の重要な例としては、ベータ崩壊および太陽の熱核過程の動力となる水素のヘリウムへの核融合がある。ほとんどのフェルミ粒子は時間の経過とともに弱い相互作用により崩壊する。炭素14は弱い相互作用により窒素14へと崩壊するため放射性炭素年代測定が可能となる。また、これによりトリチウム照明およびベータボルタイクスの関連分野で一般的に使われる放射線ルミネセンスも生成することができる。
初期宇宙のクォーク時代に、電弱力が電磁力と弱い力に分かれた。
弱い相互作用は、多くの点で特有である。
クォークのフレーバーを変更できる(つまりある種類のクォークから別の種類のクォークに変わる)唯一の相互作用である。
Pすなわちパリティ対称性を破る唯一の相互作用である。また、電荷パリティCP対称性を破る唯一の相互作用である。
ヒッグス機構により標準模型で説明される異常な特徴である、大きな質量を持つフォースキャリア粒子により媒介(伝播)される。
質量が大きいため(約90 GeV/c)、WボソンやZボソンと呼ばれるこれらのキャリア粒子は短命であり、寿命は10 秒未満である。弱い相互作用は10と10の間の結合定数(相互作用の強さの指標)を持ち、強い相互作用の結合定数1および電磁結合定数約10と比較すると、結果として弱い相互作用は強度の点で弱い。弱い相互作用が有効な範囲は非常に短い(約10~10 m)。10mくらいの距離では弱い相互作用は電磁力と同じくらいの強さを持つが、距離が長くなるにつれて指数関数的に減少し始める。たった1.5桁だけスケールアップしたおよそ3×10 mの距離で弱い相互作用は10,000倍弱くなる。
弱い相互作用は標準模型の全てのフェルミ粒子とヒッグスボソンに作用する。ニュートリノは重力と弱い相互作用のみを介して相互作用し、ニュートリノは「弱い力」の名前の元々の由来であった。弱い相互作用は、重力が天文学的スケールで行ったり、電磁力が原子レベルで行ったり、強い核力が原子核の内部で行ったりすること、つまり束縛状態を作り出したり、結合エネルギーに関与するといったことはしない。