幾個世紀(jì)以來，人類一直在探索支配宇宙的基本力量。電與磁最初被認(rèn)為是彼此獨立且無關(guān)的現(xiàn)象，直到19世紀(jì)麥克斯韋將它們統(tǒng)一為單一的電磁力，揭示了它們其實是同一種力的兩個方面。這一理論物理學(xué)的巨大成功激勵著后來的科學(xué)家去尋求其他已知基本力之間更深層次的聯(lián)系。
雖然一個完整的“萬有理論”仍是尚未實現(xiàn)的目標(biāo)，但20世紀(jì)物理學(xué)最重要的成就之一是成功地將弱核力和電磁力統(tǒng)一進(jìn)一個優(yōu)雅的理論框架中，這就是電弱理論。這一突破性的理論飛躍，主要歸功于謝爾登·格拉肖、阿卜杜斯·薩拉姆和史蒂文·溫伯格，徹底改變了我們對粒子物理的理解，并為標(biāo)準(zhǔn)模型奠定了基石。
在20世紀(jì)60年代電弱理論出現(xiàn)之前，弱力和電磁力在特性和作用上被認(rèn)為是截然不同的兩種力。電磁力負(fù)責(zé)從照亮我們世界的光，到維系分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵，其理論基礎(chǔ)是非常成功的量子電動力學(xué)（QED）。QED 描述了由無質(zhì)量光子介導(dǎo)的電磁相互作用，這種力的作用范圍是無限的。電磁力的強(qiáng)度由耦合常數(shù)描述，其效應(yīng)在日常生活中無處不在。
與之形成鮮明對比的是，弱核力顯得截然不同。它最主要的體現(xiàn)是在諸如β衰變的過程中：中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子、電子和一個反中微子。弱力的作用范圍極短，僅限于比原子核直徑還小的距離，并且在通常的能量尺度下，它的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于電磁力和強(qiáng)核力。
恩里科·費米在20世紀(jì)30年代提出的早期弱相互作用理論，將其描述為一種“接觸相互作用”，即不通過粒子傳遞，而是在空間中某一點瞬間發(fā)生的作用。這種“四費米相互作用”雖然成功解釋了許多β衰變現(xiàn)象，但在高能下存在嚴(yán)重理論問題，尤其是不可重整化的問題，意味著某些過程的計算會得出無法消除的無窮大結(jié)果。
弱力與電磁力在作用范圍、強(qiáng)度及是否存在介導(dǎo)粒子上的顯著差異，使得統(tǒng)一它們成為一個極具挑戰(zhàn)性的課題。然而，理論上的一些線索逐漸顯現(xiàn)出兩者之間可能存在更深層的聯(lián)系。QED 是一種基于U(1)對稱群的規(guī)范理論，其數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)極其強(qiáng)大。這引發(fā)了一個問題：弱核力是否也可以被一種類似的規(guī)范對稱原理所描述？
關(guān)鍵的突破在于認(rèn)識到，弱力同樣可以通過粒子的交換來傳遞，但這些介導(dǎo)粒子必須是有質(zhì)量的，以解釋其短程特性。于是，物理學(xué)家考慮采用更復(fù)雜的規(guī)范對稱群——SU(2)，再加上電磁力原有的 U(1)，組合成 SU(2) × U(1) 規(guī)范對稱。這一新群與粒子的一種量子數(shù)“弱同位旋”有關(guān)，就像電磁力涉及電荷一樣。通過這種組合，有可能將弱力和電磁力統(tǒng)一進(jìn)同一理論框架。
謝爾登·格拉肖在1950年代末首次提出利用SU(2) × U(1) 對稱性來統(tǒng)一電磁力和弱力，并引入了“弱超荷”概念，這一物理量與電荷和弱同位旋都有關(guān)。但他最初的模型依然存在困難，特別是如何為弱力介導(dǎo)粒子賦予質(zhì)量的問題。若直接套用規(guī)范理論的原則，這些粒子應(yīng)是無質(zhì)量的，這與弱力短程作用的實際情況不符。
謎題的最后一塊拼圖是介導(dǎo)粒子如何獲得質(zhì)量，而光子仍然保持無質(zhì)量的問題。這一難題被自發(fā)對稱破缺機(jī)制優(yōu)雅地解決了，尤其是通過希格斯機(jī)制，該機(jī)制由羅伯特·布勞特、弗朗索瓦·恩格勒、彼得·希格斯、杰拉爾德·古拉尼克、C.R.哈根和湯姆·基布爾等物理學(xué)家提出。史蒂文·溫伯格和阿卜杜斯·薩拉姆在1960年代后期分別將希格斯機(jī)制納入電弱理論，最終形成完整一致的格拉肖-溫伯格-薩拉姆模型。
希格斯機(jī)制設(shè)想存在一個無處不在的標(biāo)量場——希格斯場——充滿真空空間。該場的真空期望值不為零，也就是說，即使沒有任何粒子或能量存在，它也保持一個穩(wěn)定的非零值。隨著宇宙在大爆炸后冷卻，原本在高能下完好的電弱對稱性自發(fā)破缺，希格斯場進(jìn)入其最低能態(tài)。
在電弱理論中，SU(2) × U(1) 對稱性對應(yīng)四種無質(zhì)量規(guī)范玻色子。通過希格斯機(jī)制，其中三種玻色子“吸收”了希格斯場的自由度，從而獲得質(zhì)量。這三種有質(zhì)量的玻色子就是 W?、W? 和 Z? 玻色子，即弱相互作用的傳遞者。它們的巨大質(zhì)量正是導(dǎo)致弱力作用范圍極短的根本原因。而第四種規(guī)范玻色子則未與希格斯場發(fā)生同樣的作用，因而保持無質(zhì)量，即成為光子——電磁力的媒介。通過自發(fā)對稱破缺和弱力介導(dǎo)粒子的質(zhì)量生成，電弱統(tǒng)一優(yōu)雅地解釋了兩個力在作用范圍上的顯著差異。
電弱理論提出了若干關(guān)鍵的、可通過實驗驗證的預(yù)測。其中最重要之一是“中性弱流”的存在——即由中性 Z? 玻色子介導(dǎo)的相互作用。與 W? 和 W? 玻色子介導(dǎo)的帶電弱相互作用不同（如β衰變，會改變粒子的電荷），中性流不會改變粒子的電荷。1973年，在歐洲核子研究中心（CERN）進(jìn)行的中微子散射實驗中首次發(fā)現(xiàn)中性弱流，這為電弱理論提供了重要驗證。
進(jìn)一步的有力證據(jù)在1983年到來，CERN 超質(zhì)子同步加速器首次發(fā)現(xiàn)了 W 和 Z 玻色子。這些粒子的質(zhì)量和性質(zhì)與電弱理論的預(yù)測高度一致，確立了該理論作為自然界真實描述的地位。最后，人們對希格斯玻色子的尋找——即希格斯場的量子激發(fā)——于2012年在CERN的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）取得了突破。希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了電弱理論的最后一塊拼圖，驗證了 W 和 Z 玻色子質(zhì)量來源的機(jī)制，從而完成了電弱理論的實驗驗證。
電弱統(tǒng)一是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的基石。該模型描述了除引力外所有基本粒子及其相互作用。它展示了在高能條件下，電磁力和弱力其實并不分離，而是一個統(tǒng)一的電弱力的不同表現(xiàn)。隨著宇宙在大爆炸后逐漸冷卻，這種統(tǒng)一的對稱性被打破，導(dǎo)致了今天我們所觀察到的兩種表面不同的力。
盡管電弱理論極為成功，且已被大量實驗驗證，它并不是我們追求“終極統(tǒng)一”理論的終點。它只是標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分，而標(biāo)準(zhǔn)模型本身也有局限，比如不包含引力、無法解釋中微子質(zhì)量、暗物質(zhì)和暗能量等問題。然而，電弱統(tǒng)一的成功為進(jìn)一步的統(tǒng)一理論——尤其是旨在將電弱力與強(qiáng)核力統(tǒng)一起來的“大統(tǒng)一理論”（GUT）——提供了強(qiáng)有力的模板和動力。
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