ในฟิสิกส์นิวเคลียร์และฟิสิกส์อนุภาคปฏิสัมพันธ์แบบ อ่อน แรงอ่อนหรือแรงนิวเคลียร์อ่อนเป็นหนึ่งในปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน สี่อย่างที่รู้จักกัน โดยอีกสามอย่างคือแม่เหล็กไฟฟ้าปฏิสัมพันธ์แบบแรงและแรงโน้มถ่วงมันคือกลไกการปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคย่อยอะตอมที่รับผิดชอบต่อการสลายตัวของอะตอมแบบเบตาที่เป็นกัมมันตรังสี ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนมีส่วนร่วมในการแตกตัวของนิวเคลียสและการรวมตัวของนิวเคลียสทฤษฎีที่อธิบายพฤติกรรมและผลกระทบของมันบางครั้งเรียกว่าพลศาสตร์ควอนตัมรสชาติ ( QFD ) อย่างไรก็ตาม คำว่า QFD แทบจะไม่ถูกใช้ เนื่องจากแรงอ่อนเป็นที่เข้าใจได้ดีกว่าด้วยทฤษฎีอิเล็กโทรวีค (EWT) ^{[ 1 ]}

ช่วงที่มีประสิทธิภาพของแรงอ่อนนั้นจำกัดอยู่ที่ระยะทางย่อยอะตอมและน้อยกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน^{[ 2 ]}

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคเป็นกรอบการทำงานที่เป็นเอกภาพสำหรับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน และปฏิสัมพันธ์แบบแรง ปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคสองตัว (โดยทั่วไป แต่ไม่จำเป็นเสมอไป คือเฟอร์มิออนที่มีสปินครึ่งจำนวนเต็ม ) แลกเปลี่ยน โบซอนที่มีสปินจำนวนเต็มซึ่งเป็นตัวนำแรง เฟอร์มิออนที่เกี่ยวข้องในการแลกเปลี่ยนดังกล่าวอาจเป็นอนุภาคพื้นฐาน (เช่นอิเล็กตรอนหรือควาร์ก ) หรืออนุภาคประกอบ (เช่นโปรตอนหรือนิวตรอน ) ก็ได้ แม้ว่าในระดับที่ลึกที่สุดแล้ว ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนทั้งหมดจะเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคพื้นฐานก็ตาม

ในการปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน เฟอร์มิออนสามารถแลกเปลี่ยนตัวพาแรงได้สามประเภท ได้แก่^โบ  ซอนW ⁺ , W−และZมวล ของโบซอนเหล่านี้มี ค่ามากกว่ามวลของโปรตอนหรือนิวตรอนมาก ซึ่งสอดคล้องกับระยะสั้นของแรงอ่อน^{[ 3 ]}อันที่จริง แรงนี้เรียกว่าแรงอ่อนเพราะความแรงของสนามในช่วงระยะทางที่กำหนดมักจะน้อยกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าหลายอันดับ ซึ่งน้อยกว่าแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งอีก หลายอันดับ

ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานเพียงอย่างเดียวที่ทำลายสมมาตรพาริตีและในทำนองเดียวกัน แต่เกิดขึ้นได้ยากกว่ามาก ก็เป็นปฏิสัมพันธ์เพียงอย่างเดียวที่ทำลายสมมาตรประจุ-พาริตีเช่นกัน

ควาร์กซึ่งเป็นส่วนประกอบของอนุภาคผสม เช่น นิวตรอนและโปรตอน มีอยู่หก "ชนิด" ได้แก่ อัพ ดาวน์ ชาร์ม สเตรนจ์ ท็อป และบอตทอม ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของอนุภาคผสมเหล่านั้น ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนนั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวตรงที่มันอนุญาตให้ควาร์กแลกเปลี่ยนชนิดของมันกับชนิดอื่นได้ การแลกเปลี่ยนคุณสมบัติเหล่านั้นเกิดขึ้นโดยอาศัยโบซอนซึ่งเป็นตัวนำแรง ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการสลายตัวแบบเบตาลบ ควาร์กดาวน์ภายในนิวตรอนจะเปลี่ยนเป็นควาร์กอัพ ทำให้เปลี่ยนนิวตรอนเป็นโปรตอน และส่งผลให้มีการปล่อยอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโนของอิเล็กตรอนออกมา

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอมีความสำคัญในการหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมในดาวฤกษ์ เนื่องจากสามารถเปลี่ยนโปรตอน (ไฮโดรเจน) ให้เป็นนิวตรอนซึ่งสามารถหลอมรวมกับโปรตอนอีกตัวเพื่อสร้างดิวเทอเรียมซึ่งมีความสำคัญต่อการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างฮีเลียม การสะสมของนิวตรอนช่วยให้เกิดการสร้างนิวเคลียสหนักในดาวฤกษ์^{[ 3 ]}

เฟอร์มิออนส่วนใหญ่จะสลายตัวโดยปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอเมื่อเวลาผ่านไป การสลายตัวดังกล่าวทำให้การหาอายุด้วยคาร์บอนกัมมันตรังสีเป็นไปได้ เนื่องจากคาร์บอน-14สลายตัวผ่านปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอไปเป็นไนโตรเจน-14นอกจากนี้ยังสามารถสร้างการเรืองแสงของรังสีซึ่งมักใช้ในการเรืองแสงของทริเทียมและในสาขาที่เกี่ยวข้องของเบตาโวลต์^{[ 4 ]} (แต่ไม่คล้ายกับการเรืองแสงของเรเดียม )

เชื่อกันว่าแรงอิเล็กโทรวีคได้แยกออกเป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อนในช่วงยุคควาร์กของ เอกภพยุคแรก

ในปี พ.ศ. 2476 เอนริโก เฟอร์มิได้เสนอทฤษฎีแรกของปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน ซึ่งรู้จักกันในชื่อปฏิสัมพันธ์ของเฟอร์มิเขาเสนอว่าการสลายตัวของเบตาสามารถอธิบายได้ด้วย ปฏิสัมพันธ์ของ เฟอร์มิออน สี่ตัว ซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงสัมผัสที่ไม่มีระยะ^{[ 5 ] [ 6 ]}

ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 Chen-Ning YangและTsung-Dao Leeเสนอเป็นครั้งแรกว่าทิศทางการหมุนของอนุภาคในปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแออาจละเมิดกฎการอนุรักษ์หรือสมมาตร ในปี 1957 การทดลอง Wuซึ่งดำเนินการโดยChien Shiung Wuและผู้ร่วมงานได้ยืนยันการละเมิดสมมาตร^{[ 7 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1960 เชลดอน แกลชอว์ อับดุส ซาลามและสตีเวน ไวน์เบิร์กได้รวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนเข้าด้วยกัน โดยแสดงให้เห็นว่าแรงทั้งสองนี้เป็นสองด้านของแรงเดียว ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าแรงอิเล็กโทรวีค^{[ 8 ] [ 9 ]}

การมีอยู่ของ โบซอนWและZไม่ได้รับการยืนยันโดยตรงจนกระทั่งปี 1983 ^{[ 10 ] (หน้า 8)}

ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นเอกลักษณ์ในหลายแง่มุม:

• เป็นการปฏิสัมพันธ์เพียงอย่างเดียวที่สามารถเปลี่ยนรสชาติของควาร์กและเลปตอนได้ (กล่าวคือ การเปลี่ยนควาร์กชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่ง) ^{[ a ]}
• เป็นการปฏิสัมพันธ์เพียงอย่างเดียวที่ละเมิด สมมาตร Pหรือสมมาตรพาริตีและยังเป็นเพียงอย่างเดียวที่ละเมิด สมมาตร ประจุ-พาริตี ( CP )ด้วย
• ทั้งปฏิกิริยาที่มีประจุไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่เป็นกลางทางไฟฟ้าล้วนถูกถ่ายทอด (แพร่กระจาย) โดยอนุภาคพาหะแรงที่มีมวลมาก ซึ่งเป็นลักษณะที่ผิดปกติและได้รับการอธิบายในแบบจำลองมาตรฐานโดยกลไกฮิกส์
• กระบวนการสลายตัวเช่นการสลายตัวแบบเบตาที่ควบคุมโดยปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนสามารถสังเกตได้ก็ต่อเมื่อกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวที่เร็วกว่าผ่านปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าหรือปฏิสัมพันธ์แบบแรงไม่ได้แข่งขันกัน^{[ 11 ] : 181}

เนื่องจากมวลมาก (ประมาณ 90 GeV/ c² ^{[ 12 ] )}อนุภาคพาหะเหล่านี้ซึ่งเรียกว่า โบซอน WและZ  จึงมีอายุสั้น โดยมีอายุขัยต่ำกว่า 10⁻²⁴ ^{วินาที}  [ ^{13 ] ปฏิสัมพันธ์}แบบอ่อนมีค่าคงที่การเชื่อมต่อ (ตัวบ่งชี้ความถี่ของการเกิดปฏิสัมพันธ์) ระหว่าง 10⁻⁷ ^ถึง 10⁻⁶ ^{เมื่อ}เทียบกับค่าคงที่การเชื่อมต่อทางแม่เหล็กไฟฟ้าประมาณ 10⁻² ^และค่า คงที่การเชื่อมต่อ ปฏิสัมพันธ์แบบแรงประมาณ 1 ^{[ 14 ]}ดังนั้น ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนจึง "อ่อน" ในแง่ของความเข้ม^{[ 15 ]}ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนมีระยะที่มีประสิทธิภาพสั้นมาก (ประมาณ 10⁻¹⁷ ^ถึง 10⁻¹⁶ ^เมตร  (0.01 ถึง 0.1 fm)) ^{[ b ] [ 15 ] [ 14 ]}ที่ระยะทางประมาณ 10 ⁻¹⁸  เมตร (0.001 fm) ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะมีค่าความเข้มใกล้เคียงกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ค่านี้จะเริ่มลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียลเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น เมื่อขยายขนาดขึ้นเพียงหนึ่งเท่าครึ่ง ที่ระยะทางประมาณ 3 × 10 ⁻¹⁷  เมตร ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะอ่อนลงถึง 10,000 เท่า^{[ 16 ]}

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอส่งผลกระทบต่อเฟอร์มิออน ทั้งหมด ของแบบจำลองมาตรฐานเช่นเดียวกับฮิกส์โบซอนนิวตริโนมีปฏิสัมพันธ์เฉพาะผ่านแรงโน้มถ่วงและปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอเท่านั้น ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอไม่ได้สร้างสถานะผูกพันและไม่เกี่ยวข้องกับพลังงานยึดเหนี่ยว  ซึ่งเป็นสิ่งที่แรงโน้มถ่วงทำในระดับดาราศาสตร์ แรงแม่เหล็กไฟฟ้าทำในระดับ ^{โมเลกุล}และอะตอม และแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งทำเฉพาะในระดับย่อยอะตอมภายในนิวเคลียส [ ^{17 ]}

ผลกระทบที่เห็นได้ชัดที่สุดของมันเกิดจากคุณลักษณะเฉพาะประการแรก: ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนที่มีประจุทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรสชาติตัวอย่างเช่นนิวตรอนหนักกว่าโปรตอน ( นิวคลีออน คู่ของมัน ) และสามารถสลายตัวเป็นโปรตอนได้โดยการเปลี่ยนรสชาติ (ชนิด) ของควาร์กดาวน์ตัวใดตัวหนึ่งจากสองตัวให้เป็นควาร์กอัพ ทั้งปฏิสัมพันธ์แบบแรงและแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ อนุญาตให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรสชาติ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงนี้จึงเกิดขึ้นได้เฉพาะโดยการสลายตัวแบบอ่อนเท่านั้น หากไม่มีการสลายตัวแบบอ่อน คุณสมบัติของควาร์ก เช่น ความแปลกประหลาดและความมีเสน่ห์ (ที่เกี่ยวข้องกับควาร์กแปลกและควาร์กเสน่ห์ตามลำดับ) ก็จะได้รับการอนุรักษ์ไว้ในปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดเช่นกัน

เมซอนทั้งหมดไม่เสถียรเนื่องจากการสลายตัวแบบอ่อน^{[ 10 ] (p29) [ c ]} ในกระบวนการที่เรียกว่าการสลายตัวแบบเบตาค วาร์ก ดาวน์ในนิวตรอนสามารถเปลี่ยนเป็น ควาร์ก อัพได้โดยการปล่อยWเสมือน⁻ โบซอน ซึ่งจะสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน^{[ 10 ] (หน้า 28)}อีกตัวอย่างหนึ่งคือการจับอิเล็กตรอน  ซึ่งเป็นรูปแบบทั่วไปของการสลายตัวของกัมมันตรังสี  โดยที่โปรตอนและอิเล็กตรอนภายในอะตอมจะทำปฏิกิริยากันและเปลี่ยนเป็นนิวตรอน (ควาร์กอัพเปลี่ยนเป็นควาร์กดาวน์) และนิวตริโนอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมา

เนื่องจากมวลขนาดใหญ่ของโบซอน W การเปลี่ยนแปลงหรือการสลายตัวของอนุภาค (เช่น การเปลี่ยนรสชาติ) ที่ขึ้นอยู่กับอันตรกิริยาแบบอ่อนมักจะเกิดขึ้นช้ากว่าการเปลี่ยนแปลงหรือการสลายตัวที่ขึ้นอยู่กับแรงแบบแรงหรือแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น^{[ d ]} ตัวอย่างเช่นไพอน ที่เป็นกลาง สลายตัวด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีอายุขัยเพียงประมาณ 10 ⁻¹⁶  วินาที ในทางตรงกันข้าม ไพอนที่มีประจุสามารถสลายตัวได้ผ่านอันตรกิริยาแบบอ่อนเท่านั้น ดังนั้นจึงมีอายุขัยประมาณ 10 ⁻⁸  วินาที หรือยาวนานกว่าไพอนที่เป็นกลางถึงหนึ่งร้อยล้านเท่า^{[ 10 ] (p30)}ตัวอย่างที่รุนแรงเป็นพิเศษคือการสลายตัวของนิวตรอนอิสระด้วยแรงแบบอ่อน ซึ่งใช้เวลาประมาณ 15 นาที^{[ 10 ] (p28)}

อนุภาคทุกชนิดมีคุณสมบัติที่เรียกว่าไอโซสปินอ่อน (สัญลักษณ์T₃ ) ซึ่งทำหน้าที่เป็นเลขควอนตัมแบบบวกที่จำกัดว่าอนุภาคจะสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับW_{ได้ อย่างไร}^±ของแรงอ่อน ไอโซสปินอ่อนมีบทบาทเดียวกันในการปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนกับW^±เช่นเดียวกับประจุไฟฟ้าในแม่เหล็กไฟฟ้าและประจุสีในอันตรกิริยาแรงส่วนประจุอ่อนซึ่งมีชื่อคล้ายกัน ( จะกล่าวถึงต่อไป ) ใช้สำหรับอันตรกิริยากับZ⁰เฟอร์มิออนมือซ้ายทั้งหมดมีค่าไอโซสปินอ่อนเท่ากับ⁠++1/2หรือ−​+1/2เฟอร์มิออนมือขวาทั้งหมดมีไอโซสปินเป็น 0 ตัวอย่างเช่น ควาร์กอัพมีT 3 ₌ ⁠ ++1/2และควาร์กดาวน์มี T ₃ = −+1/2ค _{วาร์กจะไม่สลายตัวผ่านอันตรกิริยาแบบอ่อนไปเป็นควาร์ ก ที่มีค่า} T3เดียวกัน: ควาร์กที่มีค่า T3เท่ากับ _⁠ ++1/2สลายตัวเป็นควาร์กที่มีT ₃เท่ากับ− เท่านั้น+1/2และในทางกลับกัน

ในการปฏิสัมพันธ์แบบแรง แบบแม่เหล็กไฟฟ้า หรือแบบอ่อนใดๆ ไอโซสปินแบบอ่อนจะถูกอนุรักษ์ไว้ : ^{[ e ]} ผลรวมของเลขไอโซสปินแบบอ่อนของอนุภาคที่เข้าสู่การปฏิสัมพันธ์จะเท่ากับผลรวมของเลขไอโซสปินแบบอ่อนของอนุภาคที่ออกจากการปฏิสัมพันธ์นั้น ตัวอย่างเช่น π (มือซ้าย)⁺โดยปกติแล้ว อนุภาคที่มีไอโซสปินอ่อน +1 จะสลายตัวเป็นν_μ(โดยที่T ₃ = ⁠++1/2)และ μ⁺(ในฐานะอนุภาคปฏิปักษ์มือขวา⁠++1/2) . ^{[ 10 ] (หน้า 30)}

ในการพัฒนาทฤษฎีอิเล็กโทรวีค ได้มีการคิดค้น คุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งขึ้นมา คือ ไฮเปอร์ชาร์จแบบอ่อน ซึ่งกำหนดนิยามไว้ดังนี้

${\displaystyle Y_{\text{W}}=2\,(Q-T_{3}),}$

โดยที่Y _Wคือไฮเปอร์ชาร์จแบบอ่อนของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าQ (ใน หน่วย ประจุพื้นฐาน ) และไอโซสปินแบบอ่อนT ₃ ไฮเปอร์ชาร์จแบบอ่อนเป็นตัวสร้างองค์ประกอบ U(1) ของกลุ่มเกจ อิเล็กโทรวีค ในขณะที่อนุภาคบางตัวมีไอโซสปินแบบอ่อน เป็นศูนย์ อนุภาคที่รู้จักทั้งหมดมีสปิน- ⁠1/2อนุภาคมีไฮเปอร์ชาร์จอ่อนที่ไม่เป็นศูนย์^{[ f ]}

มีปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนสองประเภท (เรียกว่าจุดยอด ) ประเภทแรกเรียกว่า " ปฏิสัมพันธ์กระแสประจุ " เนื่องจาก เฟอร์มิออนที่ มีปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนก่อให้เกิดกระแส ที่มี ประจุไฟฟ้ารวมไม่เป็นศูนย์ ประเภทที่สองเรียกว่า " ปฏิสัมพันธ์กระแสกลาง " เนื่องจาก เฟอร์มิออนที่ มีปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนก่อให้เกิดกระแส ที่มี ประจุไฟฟ้ารวมเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นสาเหตุของการเบี่ยงเบน (ที่เกิดขึ้นได้ยาก) ของนิวตริโนปฏิสัมพันธ์ทั้งสองประเภทเป็นไปตามกฎการเลือก ที่แตกต่างกัน ข้อกำหนดการตั้งชื่อนี้มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นการระบุประจุไฟฟ้าของโบซอนWและZอย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดการตั้งชื่อนี้มีมาก่อนแนวคิดของโบซอนตัวกลาง และชัดเจน (อย่างน้อยในชื่อ) ว่าเป็นการระบุประจุของกระแส (ที่เกิดจากเฟอร์มิออน) ไม่ใช่โบซอนโดยตรง^{[ g ]}

ในการปฏิสัมพันธ์กระแสประจุประเภทหนึ่งเลปตอน ที่มีประจุ (เช่นอิเล็กตรอนหรือมิวออนซึ่งมีประจุ −1) สามารถดูดซับW ได้⁺ จากอนุภาคโบซอน (อนุภาคที่มีประจุ +1) ไปสู่อนุภาคนิวตริโน (อนุภาคที่มีประจุ 0) ที่สอดคล้องกัน จะสามารถเปลี่ยนเป็น_{อนุภาค}นิวตริโนชนิด (รสชาติ) ได้ โดยชนิด ("flavour") ของอนุภาคนิวตริโน (อิเล็กตรอน_{νe, มิวออน νμ หรือเทา ντ} )จะเหมือนกับชนิดของอนุภาคเลปตอนในปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น:

${\displaystyle \mu ^{-}+\mathrm {W} ^{+}\to \nu _{\mu }}$

ในทำนองเดียวกัน ควาร์กชนิดดาวน์( d , sหรือb)ที่มีประจุ⁠−+ 1 /3)สามารถแปลงเป็นควาร์กชนิดอัพ ( u , cหรือt ) ที่มีประจุ++ 2 /3โดยการปล่อยW ออก มา⁻ โบซอน หรือโดยการดูดซับW⁺ โบซอน กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้น ควาร์กชนิดดาวน์จะกลายเป็นสถานะซ้อนทับเชิงควอนตัมของควาร์กชนิดอัพ กล่าวคือ มันมีโอกาสที่จะกลายเป็นควาร์กชนิดอัพทั้งสามชนิดใดก็ได้ โดยมีโอกาสตาม ตาราง เมทริกซ์ CKMในทางกลับกัน ควาร์กชนิดอัพสามารถปล่อยW ออกมาได้⁺ โบซอน หรือดูดซับW⁻ โบซอน และด้วยเหตุนี้จึงสามารถแปลงเป็นควาร์กชนิดดาวน์ได้ ตัวอย่างเช่น:

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {d} &\to \mathrm {u} +\mathrm {W} ^{-}\\\mathrm {d} +\mathrm {W} ^{+}&\to \mathrm {u} \\\mathrm {c} &\to \mathrm {s} +\mathrm {W} ^{+}\\\mathrm {c} +\mathrm {W} ^{-}&\to \mathrm {s} \end{aligned}}}$

อนุภาค W โบซอนนั้นไม่เสถียร ดังนั้นมันจะสลายตัวอย่างรวดเร็วและมีอายุขัยสั้นมาก ตัวอย่างเช่น:

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {W} ^{-}&\to \mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }__{\mathrm {e} }~\\\mathrm {W} ^{+}&\to \mathrm {e} ^{+}+\nu _{\mathrm {e} }~\end{aligned}}}$

การสลายตัวของโบซอน W ไปเป็นผลิตภัณฑ์อื่นสามารถเกิดขึ้นได้ โดยมีความน่าจะเป็นที่แตกต่างกัน^{[ 19 ]}

ในการสลายตัวแบบเบตาของนิวตรอน (ดูภาพด้านบน) ควาร์กดาวน์ภายในนิวตรอนจะปล่อยอนุภาคเสมือนW ออกมา⁻โบซอนและถูกแปลงเป็นควาร์กอัพ โดยแปลงนิวตรอนเป็นโปรตอน เนื่องจากพลังงานที่เกี่ยวข้องในกระบวนการมีจำกัด (เช่น ความแตกต่างของมวลระหว่างควาร์กดาวน์และควาร์กอัพ) W เสมือน⁻โบซอนสามารถพกพาพลังงานได้เพียงพอที่จะผลิตอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน ซึ่งเป็นมวลต่ำสุดที่เป็นไปได้สองอันดับแรกในบรรดาผลิตภัณฑ์การสลายตัวที่อาจเกิดขึ้น^{[ 20 ]} ในระดับควาร์ก กระบวนการนี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

${\displaystyle \mathrm {d} \to \mathrm {u} +\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }__{\mathrm {e} }~}$

ในการปฏิสัมพันธ์กระแสกลางควาร์กหรือเลปตอน (เช่นอิเล็กตรอนหรือมิวออน ) จะปล่อยหรือดูดกลืนโบซอนZ ที่เป็นกลาง ตัวอย่างเช่น:

${\displaystyle \mathrm {e} ^{-}\to \mathrm {e} ^{-}+\mathrm {Z} ^{0}}$

เหมือนกับW^± โบซอน, Z⁰ โบซอนยังสลายตัวอย่างรวดเร็วด้วย^{[ 19 ]}ตัวอย่างเช่น:

${\displaystyle \mathrm {Z} ^{0}\to \mathrm {b} +{\bar {\mathrm {b} }}}$

แตกต่างจากปฏิกิริยาของกระแสประจุ ซึ่งกฎการเลือกถูกจำกัดอย่างเข้มงวดโดยไครัลลิตี้ ประจุไฟฟ้าและ/หรือไอโซสปินที่อ่อนแอ กระแสที่เป็นกลางZ⁰ปฏิสัมพันธ์สามารถทำให้เฟอร์มิออนสองตัวใดๆ ในแบบจำลองมาตรฐานเบี่ยงเบนได้ ไม่ว่าจะเป็นอนุภาคหรือปฏิอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าใดๆ และมีทั้งไครัลลิตี้ซ้ายและขวา แม้ว่าความแรงของปฏิสัมพันธ์จะแตกต่างกันก็ตาม^{[ h ]}

ประจุอ่อนควอนตัม( Qw ) ทำหน้าที่เดียวกันในการปฏิสัมพันธ์ของกระแสที่เป็นกลาง_กับZ⁰ประจุไฟฟ้า ( Qโดยไม่มีตัวห้อย) ทำหน้าที่ในปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า : มันกำหนดปริมาณส่วนเวกเตอร์ของปฏิสัมพันธ์ ค่าของมันกำหนดโดย: ^{[ 22 ]}

${\displaystyle Q_{\mathsf {w}}=2\,T_{3}-4\,Q\,\sin ^{2}\theta _{\mathsf {w}}=2\,T_{3}-Q+(1-4\,\sin ^{2}\theta _{\mathsf {w}})\,Q~.}$

เนื่องจากมุมการผสมที่อ่อน⁠ ⁠${\displaystyle \theta _{\mathsf {w}}\approx 29^{\circ }}$นิพจน์ในวงเล็บ⁠ ⁠${\displaystyle (1-4\,\sin ^{2}\theta _{\mathsf {w}})\approx 0.060}$ซึ่งค่าของมันเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามความแตกต่างของโมเมนตัม (เรียกว่า " การวิ่ง ")ระหว่างอนุภาคที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น

${\displaystyle \ Q_{\mathsf {w}}\approx 2\ T_{3}-Q=\operatorname {sgn}(Q)\ {\big (}1-|Q|{\big )}\ ,}$

เนื่องจากตามธรรมเนียมแล้ว${\displaystyle \operatorname {sgn} T_{3}\equiv \operatorname {sgn} Q}$และสำหรับเฟอร์มิออนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับอันตรกิริยาแบบอ่อนประจุแบบ${\displaystyle T_{3}=\pm {\tfrac {1}{2}}}$อ่อนของเลปตอนที่มีประจุจึงใกล้เคียงกับศูนย์ ดังนั้นเลปตอนเหล่านี้จึงมีปฏิสัมพันธ์กับโบซอน Z เป็นส่วนใหญ่ผ่านทาง  คู่ควบแกน

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคอธิบายปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนว่าเป็นสองแง่มุมที่แตกต่างกันของปฏิสัมพันธ์อิเล็กโทรวีคเดียว ทฤษฎีนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นราวปี 1968 โดยSheldon Glashow , Abdus SalamและSteven Weinbergและพวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1979จากผลงานของพวกเขา^{[ 23 ]}กลไกฮิกส์ให้คำอธิบายสำหรับการมีอยู่ของโบซอนเกจมวลสามตัว ( W )⁺, ว⁻, Z⁰ตัวนำทั้งสามของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ) และโฟตอน ( γซึ่งเป็นโบซอนเกจไร้มวลที่นำพาปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า) ^{[ 24 ]}

ตามทฤษฎีอิเล็กโทรวีค ที่พลังงานสูงมาก เอกภพมีส่วนประกอบของสนามฮิกส์ สี่ส่วน ซึ่งปฏิสัมพันธ์ของส่วนประกอบเหล่านี้ถูกส่งผ่านโดยโบซอน สเกลาร์ไร้มวลสี่ตัว ที่ก่อตัวเป็นสนามฮิกส์สเกลาร์คู่ซ้อน ในทำนองเดียวกัน มีโบซอนเวกเตอร์อิเล็กโทรวีคไร้มวลสี่ตัว แต่ละตัวคล้ายกับโฟตอนอย่างไรก็ตาม ที่พลังงานต่ำ สมมาตรเกจนี้จะถูกทำลายลงโดยธรรมชาติเป็น สมมาตร U(1)ของแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากสนามฮิกส์ตัวหนึ่งได้รับค่าคาดหวังสุญญากาศตามหลักการแล้ว การทำลายสมมาตรน่าจะทำให้เกิดโบซอน ไร้มวลสาม ตัว แต่แทนที่จะเป็นเช่นนั้น โบซอนฮิกส์ "พิเศษ" สามตัวเหล่านั้นกลับถูกรวมเข้ากับโบซอนอ่อนสามตัว ซึ่งจากนั้นจะได้รับมวลผ่านกลไกฮิกส์โบซอนประกอบสามตัวนี้คือW⁺, ว⁻และZ⁰ โบซอนที่สังเกตได้จริงในปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน โบซอนเกจอิเล็กโทรวีคตัวที่สี่คือโฟตอน ( γ ) ของแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งไม่เชื่อมต่อกับสนามฮิกส์ใดๆ ดังนั้นจึงยังคงไม่มีมวล^{[ 24 ]}

ทฤษฎีนี้ได้ทำการทำนายไว้หลายประการ รวมถึงการทำนายมวลของอนุภาค โบซอน ZและW  ก่อนที่จะมีการค้นพบและตรวจจับได้ในปี 1983

เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2555 ทีมทดลอง CMS และ ATLAS ที่เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider)ได้ประกาศอย่างอิสระว่า พวกเขาได้ยืนยันการค้นพบอย่างเป็นทางการของอนุภาคโบซอนที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ซึ่งมีมวลระหว่าง 125 ถึง 125 นาโนเมตร127 GeV/ c²ซึ่งพฤติกรรมจนถึงขณะนี้ "สอดคล้องกับ" อนุภาคฮิกส์โบซอน พร้อมทั้งเพิ่มหมายเหตุอย่างระมัดระวังว่าจำเป็นต้องมีข้อมูลและการวิเคราะห์เพิ่มเติมก่อนที่จะระบุได้อย่างแน่ชัดว่าโบซอนตัวใหม่นี้เป็นอนุภาคฮิกส์โบซอนประเภทใดประเภทหนึ่ง ภายในวันที่ 14 มีนาคม 2556 อนุภาคฮิกส์โบซอนได้รับการยืนยันเบื้องต้นว่ามี^{อยู่จริง[ 25 ]}

ในกรณีสมมติฐานที่ระดับการแตกสมมาตรอิเล็กโทรวีค ถูกลดลงปฏิสัมพันธ์SU(2) ที่ไม่แตกจะกลายเป็นการ จำกัด ในที่สุด แบบจำลองทางเลือกที่SU(2)กลายเป็นการจำกัดเหนือระดับนั้น ดูเหมือนจะคล้ายกับแบบจำลองมาตรฐานในเชิงปริมาณที่พลังงานต่ำกว่า แต่แตกต่างกันอย่างมากเหนือการแตกสมมาตร^{[ 26 ]}

กฎของธรรมชาติเคยถูกคิดว่ายังคงเหมือนเดิมภายใต้การสะท้อนของ กระจก ผลลัพธ์ของการทดลองที่มองเห็นผ่านกระจกนั้นคาดว่าจะเหมือนกับผลลัพธ์ของสำเนาอุปกรณ์ทดลองที่สร้างขึ้นแยกต่างหากและสะท้อนผ่านกระจก ซึ่งมองเห็นผ่านกระจก กฎที่เรียกว่ากฎการอนุรักษ์ความสมมาตร นี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าได้รับการเคารพโดยแรงโน้มถ่วง แบบคลาสสิ กแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์แบบแรงและถือว่าเป็นกฎสากล^{[ 27 ]}อย่างไรก็ตาม ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 เฉินหนิงหยางและจงเต๋าหลี่ได้เสนอว่าปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนอาจละเมิดกฎนี้เฉียนซืองหวู่และผู้ร่วมงานในปี 1957 ค้นพบว่าปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนละเมิดความสมมาตร ทำให้หยางและหลี่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1957 ^{[ 28 ]}

แม้ว่าครั้งหนึ่ง ทฤษฎีของเฟอร์มิได้อธิบายปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนไว้แล้วแต่การค้นพบการละเมิดสมมาตรพาริตีและทฤษฎีการปรับค่า ใหม่ได้ชี้ให้เห็นว่าจำเป็นต้องมีแนวทางใหม่ ในปี 1957 โรเบิร์ต มาร์แช็คและจอร์จ ซูดาร์ชันและต่อมาไม่นานริชาร์ด ไฟน์แมนและเมอร์เรย์ เกลล์-แมนน์ ได้เสนอ Lagrangianแบบ V − A ( เวกเตอร์ลบเวกเตอร์แกนหรือแบบมือซ้าย) สำหรับปฏิสัมพันธ์แบบอ่อน ในทฤษฎีนี้ ปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนจะกระทำเฉพาะกับอนุภาคมือซ้าย (และปฏิอนุภาคมือขวา) เนื่องจากภาพสะท้อนของอนุภาคมือซ้ายเป็นอนุภาคมือขวา นี่จึงอธิบายถึงการละเมิดสมมาตรพาริตีสูงสุด ทฤษฎี V − Aได้รับการพัฒนาขึ้นก่อนการค้นพบโบซอน Z ดังนั้นจึงไม่ได้รวมสนามมือขวาที่เข้ามาเกี่ยวข้องในปฏิสัมพันธ์กระแสกลางไว้ด้วย

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้อนุญาตให้มีการอนุรักษ์ สมมาตรแบบผสม CP ได้ CP รวมพาริตี P (การสลับจากซ้ายไปขวา) กับการผันประจุ C (การสลับอนุภาคกับปฏิอนุภาค) นักฟิสิกส์ต่างประหลาดใจอีกครั้งเมื่อในปี 1964 เจมส์ โครนินและวาล ฟิตช์ได้ให้หลักฐานที่ชัดเจนใน การสลายตัว ของเคออนว่า สมมาตร CPสามารถถูกทำลายได้เช่นกัน ซึ่งทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ใน ปี 1980 ^{[ 29 ]}ในปี 1973 มาโกโตะ โคบายาชิและโทชิฮิเดะ มาสกาวะแสดงให้เห็นว่า การละเมิด CPในปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนต้องใช้มากกว่าสองรุ่นของอนุภาค^{[ 30 ]}ซึ่งเป็นการทำนายการมีอยู่ของรุ่นที่สามที่ยังไม่เป็นที่รู้จักในขณะนั้น การค้นพบนี้ทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ครึ่งหนึ่งในปี 2008 ^{[ 31 ]}

ต่างจากการละเมิดสมมาตร พาริตี การละเมิด CP  เกิดขึ้นเฉพาะในสถานการณ์ที่หายากเท่านั้น แม้ว่าจะเกิดขึ้นอย่างจำกัดภายใต้เงื่อนไขปัจจุบัน แต่ก็เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าเป็นเหตุผลที่ทำให้มีสสารมากกว่าปฏิสสารในจักรวาล และด้วยเหตุนี้จึงเป็นหนึ่งในสามเงื่อนไขของAndrei Sakharov สำหรับ การเกิดของแบรีโอเจนเนซิส^{[ 32 ]}

• จักรวาลไร้แรงอ่อน – ข้อสมมติฐานที่ว่าปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนไม่ใช่สิ่งจำเป็นในเชิงมนุษย์
• แรงโน้มถ่วง
• ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง
• แม่เหล็กไฟฟ้า

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

• แฮร์รี่ ชุง, พลังงานอ่อน @ เฟอร์มิแล็บ
• แรงพื้นฐาน @ ไฮเปอร์ฟิสิกส์มหาวิทยาลัยรัฐจอร์เจีย
• ไบรอัน โคเบอร์ไลน์ , แรงอ่อนคืออะไร? เก็บถาวรเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 2016 ที่Wayback Machine