在粒子物理學中，電弱交互作用是電磁作用與弱交互作用的統一描述，而這兩種作用都是自然界中四種已知基本力。雖然在日常的低能量情況下，電磁作用與弱作用存在很大的差異，然而在超過統一溫度，即數量級在100 GeV的情況下，這兩種作用力會統合成單一的電弱作用力。因此如果宇宙是足夠的熱（約1015K，在大爆炸發生不久以後溫度才降至比上述低的水平），就只有一種電弱作用力，不會有分開的電磁作用與弱交互作用。

由於將基本粒子的電磁作用與弱作用統一的這項貢獻，阿卜杜勒·薩拉姆、謝爾登·格拉肖以及史蒂文·溫伯格獲頒1979年的諾貝爾物理獎。電弱交互作用的理論目前經以下兩個實驗證明存在：

1973年在Gargamelle氣泡室首次在微中子散射實驗中發現中性流的存在。

1983年在超級質子同步加速器進行的UA1和UA2質子反質子對撞實驗中發現W及Z玻色子。

數學表述
T3及弱超荷YW的模式，圖中標有電荷Q及弱混合角。中性的希格斯場（圓圈內）在打破電弱對稱後，就能與其他粒子交互作用，從而產生質量。希格斯場的三個分量則成為具質量的W及Z玻色子的一部分。]]

數學上統一電磁作用及弱作用是經由一個SU(2)×U(1)的規範群。當中對應的零質量規範玻色子分別是三個來自 SU(2)弱同位旋的W玻色子(、和)以及一個來自U(1)弱超荷的B0玻色子。

在標準模型裡和玻色子和光子是經由SU(2)×U(1)Y的電弱對稱性自發對稱破缺成U(1)em所產生的，此一過程稱作希格斯機制（見希格斯玻色子）。U(1)Y和U(1)em都屬於U(1)群，但兩者不同；U(1)em的生成元是電荷Q=Y/2+I3，而其中Y是U(1)Y（叫弱超荷）的生成元，I3（弱同位旋的一個分量）則是SU(2)的其中一個生成元。

自發對稱破缺使和B0玻色子組合成兩種不同的玻色子：玻色子和光子(γ)。

如下：

: \begin{pmatrix}
\gamma \\
Z^0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix}
\cos \theta_W & \sin \theta_W \\
-\sin \theta_W & \cos \theta_W \end{pmatrix} \begin{pmatrix}
B^0 \\
W^0 \end{pmatrix}

其中θW為弱混合角。對稱破缺使得代表粒子的軸在(, B0)平面上旋轉，其旋轉角為θW（見右圖）。對稱破缺同時使得和的質量變得不一樣（它們的質量分別以MZ和MW表示）：

:M_Z=\frac{M_W}{\cos\theta_W}

電磁作用與弱力在對稱破缺後變得不同，是因為希格斯玻色子的Y及I3，可以組成一個答案為零的線性組合：U(1)em的定義生成元（電荷）正是這個組合，所以電磁作用不與希格斯場作用，亦因此保留對稱性（光子零質量）。

拉格朗日量
自發對稱破缺之前
電弱交互作用的拉格朗日量在自發對稱破缺之前分成四個部分：
:\mathcal{L}_{EW} = \mathcal{L}_g + \mathcal{L}_f + \mathcal{L}_h + \mathcal{L}_y.

\mathcal{L}_g項描述三種W粒子及一種B粒子的交互作用：
:\mathcal{L}_g = -\frac{1}{4}W^{a\mu\nu}W_{\mu\nu}^a - \frac{1}{4}B^{\mu\nu}B_{\mu\nu}
其中W^{a\mu\nu} (a=1,2,3)及B^{\mu\nu}分別為弱同位旋及弱超荷的場強度張量。

\mathcal{L}_f為標準模型費米子的動能項。規範玻色子與費米子間的交互作用是由共變導數所描述的。
:\mathcal{L}_f = \overline{Q}_i iD\!\!\!\!/\; Q_i+ \overline{u}_i iD\!\!\!\!/\; u_i+ \overline{d}_i iD\!\!\!\!/\; d_i+ \overline{L}_i iD\!\!\!\!/\; L_i+ \overline{e}_i iD\!\!\!\!/\; e_i
其中下標i代表費米子代，根據愛因斯坦求和約定，各項中重覆的下標會把三代的結果都加起來，而Q、u和d分別代表夸克的左手性雙重態、右手性上單重態和右手性下單重態，L和e則代表輕子的左手性雙重態和右手性電子單重態。注意右手性中微子是不參與弱相互作用的，因此輕子比夸克少一個項。

\mathcal{L}_h描述希格斯場F：
:\mathcal{L}_h = |D_\mu h|^2 - \lambda \left(|h|^2 - \frac{v^2}{2}\right)^2

\mathcal{L}_y負責提供湯川耦合，它會把希格斯場所產生的真空期望值變成質量，
:\mathcal{L}_y = - y_{u\, ij} \epsilon^{ab} \,h_b^\dagger\, \overline{Q}_{ia} u_j^c - y_{d\, ij}\, h\, \overline{Q}_i d^c_j - y_{e\,ij} \,h\, \overline{L}_i e^c_j + h.c.

自發對稱破缺之後
在希格斯玻色子獲得真空期望值後，拉格朗日量
:\mathcal{L}_{EW} = \mathcal{L}_K + \mathcal{L}_N + \mathcal{L}_C + \mathcal{L}_H + \mathcal{L}_{HV} + \mathcal{L}_{WWV} + \mathcal{L}_{WWVV} + \mathcal{L}_Y

動能項\mathcal{L}_K含有拉格朗日量中所有的二次項，當中包括動力項（偏微分）和質量項（明顯地沒有出現於對稱破缺之前的拉格朗日量之中）。

:\mathcal{L}_K = \sum_f \overline{f}(i\partial\!\!\!/\!\;-m_f)f-\frac14A_{\mu\nu}A^{\mu\nu}-\frac12W^+_{\mu\nu}W^{-\mu\nu}+m_W^2W^+_\mu W^{-\mu}-\frac14Z_{\mu\nu}Z^{\mu\nu}+\frac12m_Z^2Z_\mu Z^\mu+\frac12(\partial^\mu H)(\partial_\mu H)-\frac12m_H^2H^2

其中總和把理論中費米子（夸克和輕子）的各代都加起來，而場A_{\mu\nu}^{}、Z_{\mu\nu}^{}、W^-_{\mu\nu}及W^+_{\mu\nu}\equiv(W^-_{\mu\nu})^\dagger的形式如下：

:X_{\mu\nu}=\partial_\mu X_\nu - \partial_\nu X_\mu + g f^{abc}X^{b}_{\mu}X^{c}_{\nu}，（將X替換成相應的場，而f^{abc}則是規範群的架構常數）。

拉格朗日量中的中性流分量\mathcal{L}_N與載荷流分量\mathcal{L}_C，就是費米子與規範玻色子間的交互作用。

:\mathcal{L}_{N} = e J_\mu^{em} A^\mu + \frac g{\cos\theta_W}(J_\mu^3-\sin^2\theta_WJ_\mu^{em})Z^\mu,

其中電磁流J_\mu^{em}及中性弱流J_\mu^3分別為

:J_\mu^{em} = \sum_f q_f\overline{f}\gamma_\mu f,

及

:J_\mu^3 = \sum_f I^3_f\overline{f} \gamma_\mu\frac{1-\gamma^5}{2} f

q_f^{}和I_f^3分別是費米子的電荷和弱同位旋。

拉格朗日量的載荷流部分如下：

:\mathcal{L}_C=-\frac g{\sqrt2}\left[\overline u_i\gamma^\mu\frac{1-\gamma^5}2M^{CKM}_{ij}d_j+\overline\nu_i\gamma^\mu\frac{1-\gamma^5}2e_i\right]W_\mu^++h.c.

\mathcal{L}_H代表希格斯場的三點及四點自身交互作用。

:\mathcal{L}_H=-\frac{gm_H^2}{4m_W}H^3-\frac{g^2m_H^2}{32m_W^2}H^4

\mathcal{L}_{HV}代表規範向量玻色子的希格斯交互作用。

:\mathcal{L}_{HV}=\left(gm_WH+\frac{g^2}4H^2\right)\left(W_\mu^+W^{-\mu}+\frac1{2\cos^2\theta_W}Z_\mu Z^\mu\right)

\mathcal{L}_{WWV}代表規範場的三點自身交互作用。

:\mathcal{L}_{WWV}=-ig[(W_{\mu\nu}^+W^{-\mu}-W^{+\mu}W_{\mu\nu}^-)(A^\nu\sin\theta_W-Z^\nu\cos\theta_W)+W_\nu^-W_\mu^+(A^{\mu\nu}\sin\theta_W-Z^{\mu\nu}\cos\theta_W)]

\mathcal{L}_{WWVV}代表規範場的四點自身交互作用。

:\mathcal{L}_{WWVV} = -\frac{g^2}4 \left\{[2W_\mu^+W^{-\mu} + (A_\mu\sin\theta_W - Z_\mu\cos\theta_W)^2]^2

• [W_\mu^+W_\nu^- + W_\nu^+W_\mu^- + (A_\mu\sin\theta_W - Z_\mu\cos\theta_W) (A_\nu\sin\theta_W - Z_\nu\cos\theta_W)]^2\right\}

而\mathcal{L}_Y則代表費米子與希格斯場間的湯川交互作用。

:\mathcal{L}_Y = -\sum_f \frac{gm_f}{2m_W}\overline ffH

注意各個弱耦合裏\frac{1-\gamma^5}{2}這個因子：這些因子會把旋量場的左手性分量投映出來。因此（對稱性破缺後的）電弱理論一般由被稱為手徵理論。

相關連結
*基本交互作用
*標準模型
*弱混合角

參考資料
一般讀物

• 在沒有正規數學的情況下，傳遞出標準模型的大部份內容。在弱交互作用方面非常地深入。

教科書
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論文
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