弱い相互作用
素粒子物理学において、弱い相互作用(よわいそうごさよう、英語: weak interaction、弱い力や弱い核力とも呼ばれる)は、原子の放射性崩壊の原因となる亜原子粒子間の相互作用のメカニズムである。核分裂において重要な役割を果たしており、その振る舞いと効果の両方の観点から見る理論は量子フレーバーダイナミクス(QFD)と呼ばれることがあるが、電弱理論(EWT)の観点からより良く理解されるため、QFDという用語はほとんど使われない。これに加え、QFDは強い相互作用を扱う量子色力学(QCD)および電磁気力を扱う量子電磁力学(QED)に関連している。
弱い力が有効な範囲は亜原子の距離に限定されており、陽子の直径よりも小さい。強い相互作用、電磁気力、重力と並び自然の4つの既知の力に関連する基本相互作用の1つである。
全ての粒子は弱アイソスピン(記号T3)と呼ばれる特性を持つ。これは量子数として働き、弱い相互作用における粒子の振る舞いを決定する。弱アイソスピンは弱い相互作用において、電磁気における電荷、強い相互作用における色荷と同じ役割を果たす。全ての左巻きのフェルミ粒子は+ ⁄2もしくは− ⁄2の値の弱アイソスピンを持つ。例えば、アップクォークは+ ⁄2、ダウンクォークは− ⁄2である。クォークは弱い相互作用により同じT3のクォークに崩壊することはない。T3が+ ⁄2のクォークはT3が− ⁄2のクォークにのみ崩壊し、逆もまた然りである。
あらゆる相互作用において弱アイソスピンが保存される:相互作用に入る粒子の弱アイソスピン数の合計は、この相互作用から出る粒子の弱アイソスピン数の合計に等しくなる。例えば、弱アイソスピンが+1の(左巻き)πは通常、νμ(+ ⁄2)とμ(右巻き反粒子、+ ⁄2)に崩壊する。
電弱理論の発展に続き、別の特性である弱超電荷が発展した。これは粒子の電荷と弱アイソスピンに依存し、以下の式
Y W = 2 ( Q − T 3 ) {\displaystyle \qquad Y_{\text{W}}=2(Q-T_{3})}
により定義される。ここでYWは与えられたタイプの粒子の弱超電荷、Qはその電荷(基本電荷単位)、T3は弱アイソスピンである。弱アイソスピンが0の粒子もあるが、全てのスピン⁄2粒子は0でない弱超電荷を持つ。弱超電荷は、電弱ゲージ群のU(1)部分を生成する。