弱相互作用与弱相互作用的区别

什么叫轻子？什么叫强子？什么叫三代轻子中的“代”？要回答这些问题，必须首先了解微观世界的经纬——相互作用的分类和性质。

物质世界纷繁的变化，天体的演化，星星的颤动，沧海桑田，花谢花飞，鸣鸟飞禽，咆哮猛兽，千头万绪，但归根结底，取决于物质间的相互作用。天鹅绒般的红地毯，婆娑而舞的芭蕾，那动人心弦的舞姿是由音乐的韵律导引的。一台精彩的芭蕾，离不开音乐大师们动人的乐章。我们井然有序的物质世界，梯级式的宇宙构造：星系——星系团——超星系团；层递式的微观结构：分子、原子——亚原子粒子——基本粒子等。到底什么是“把这一切编织在一起”的“经纬”呢？这就是相互作用。

时至今日，物质世界的基本相互作用只发现四种：引力、电磁力、弱相互作用和强相互作用。前两种力人们早就发现，并且很熟悉了。万有引力与电磁力都是我们肉眼所及的宏观世界随时可以查知其存在的。日常生活与天体（宇宙）运行中，引力所起的作用是尽人皆知的了。尤其是在日、月、星辰的运行，宇宙的演化中，引力扮演主要角色。在日常生活中，与人类衣、食、住、行密切相关的一切，电磁相互作用则起着更为重要的作用。电动机、发电机以及电灯、电话、电视、因特网等电子设备中，其基本原理都来源于电磁相互作用。

在微观世界，基本粒子大多数都带电，因此它们之间有电磁相互作用，亦如每个粒子就是一小颗电荷和小块磁铁，遵循的原理跟我们在课本上学过的电磁原理并没有什么不同。但由于质量很小，基本粒子之间的引力相互作用，比电磁力或其他的作用是微不足道的。实际上在微观世界是完全可以忽略不计的。

强相互作用与弱相互作用均为20世纪所发现。它们迟迟未被人们发现，原因在于它们的作用范围异常小。强作用的作用范围不过10﹣15米，而弱相互作用范围更小，只有10﹣16～10﹣18米，因此两者又称短程力。引力与电磁力的作用强度，都是随作用距离的平方而减少的，比短程力减弱的趋势要慢得多，故两者称为长程力。在宏观世界，我们可以容易地察觉他们的存在。但是强相互作用与弱相互作用的作用力程很短，在宏观世界察觉不到。

四种作用，如果均在10﹣15米处比较它们的强度的话，强相互作用最强，我们用1表示其相对强度，则电磁作用、弱相互作用和引力的相对强度为10﹣2：10﹣13：10﹣39。1﹣015米大致与中子、质子的大小相当，也可以说与原子核的尺寸数量级相当。不难想象强相互作用在原子核物理与粒子物理中要起主要作用。事实上，原子核之所以如此坚固，就是由于强相互作用的束缚。

原子与分子尺寸约为10﹣10米，即超过强相互作用有效范围约10万倍，因此讨论原子、分子的运动变化规律时无需计及强相互作用，遑论弱相互作用了。

弱相互作用力程比较强相互作用更短，而且微弱得多，不到强相互作用强度的百亿分之一。但在粒子物理中，它扮演的角色却是万万不可忽视的。有的基本粒子，例如轻子（电子、中微子等）就不受强力影响，却受弱力影响。至于中微子（ve、vμ和vΤ）及其反粒子（反粒子的意义我们后面还要谈到）更是只受弱力作用。以后我们欣赏中微子种种奇特的“表演”，就会对于弱力的韵律的微妙之处有更深的认识。中子和原子核的放射性的衰变（我们不会忘记贝克勒尔、居里夫妇等的伟大发现吧），以及基本粒子的衰变，都是通过弱相互作用发生的。因此从某种意义上说，弱相互作用比强作用还具有普遍性。

贝克勒尔（1852～1908）

居里夫妇

当然，20世纪多次传来发现其他力，如超弱力等，但都经不起时间与事实的检验。可见，尽管宇宙大舞台上，物质运动形态千变万化，但“支配”或“控制”其变化的节拍和经纬，就只有四种基本相互作用。19世纪以前，电力和磁力人们认为是完全不同的两种作用力，但法拉第和麦克斯韦的研究表明，在本质上它们是一种力，现在称为电磁力。这是人类第一次成功地将表面上看来不同的两种力统一起来。自从20世纪20年代以来，以爱因斯坦为代表的许多科学家，一直致力于这样一个梦想：各种不同的力，能否统一在一个普遍的理论中。最早的设想是统一引力与电磁力，但一直没有成功。20世纪60年代，关于电磁力与弱力的统一理论成功建立，并经受实验检验。换言之，电磁力和弱力实际上是同一种力——弱电力的不同表现而已。我们以后还要谈到弱电统一理论。

四种相互作用力
从左至右依次表示引力、弱相互作用、电磁作用和强相互作用

四种基本力