關于粒子物理學，人們可能會問很多問題，其中的一個問題是為什么三個亞原子力當中，弱力會如此弱？在質子大小的距離尺度上強力是最強的，電磁力大約是強力的百分之一，弱力的強度僅為強力的0.001%。要了解這其中發生了什么，需要先了解一些事情。

首先，光子是介導電磁力的粒子，它沒有質量也不帶電荷。對于弱力，有兩個粒子介導相互作用：它們是W和Z玻色子。這兩個粒子都非常大，W 玻色子帶電荷而Z玻色子是中性的。但是，為了更簡單的說明，我們只比較光子和Z玻色子，但最后的結果具有普遍性。為此，我將描述一個具體示例：夸克和反夸克聚集在一起并湮滅成一個攜帶力的粒子，然后衰變成一個電子和反電子。

如上圖所示有兩個費曼圖，它們顯示了正在發生的事情。在左側的費曼圖中，我們看到夸克和反夸克結合在一起形成一個光子，然后衰變成電子和反物質電子。在右側費曼圖中，我們看到了同樣的東西，但是光子換成了一個Z玻色子。

雖然費曼圖是幫助我們可視化的圖，但它們也是偽裝的方程式。在這種情況下，每個圖包含七個元素。有兩個入射粒子和兩個出射粒子，然后是發生交互的兩個頂點，最后是攜帶粒子的力。因此，我們可以寫出一個方程式，將所有這些組合在一起：它等于入射粒子1×入射粒子2×出射粒子1×出射粒子2×創造頂點×衰變頂點×攜力的粒子。

那么，既然這個方程結構控制著兩種相互作用，而且它們的費曼圖非常相似，那么究竟是什么差異使得弱力比電磁力弱得多？我們看到在這兩種情況下傳入和傳出的粒子是相同的，所以它們不可能是差異的來源。頂點項中包含相互作用的電荷，但是如果我們實際計算弱力電荷和電磁電荷，我們會發現它們的大小非常相似。現在我們只剩下載力粒子這一項，它就是解釋弱力太弱的原因，但它是如何發生的呢？

為了邁出下一步，我們需要談談海森堡測不準原理，這是量子力學的原理之一。人們常說這意味著你不能同時測量粒子的動量和位置，但不確定性原理還有另一種表達方式，即如果你觀察一個粒子的時間越短，你對粒子能量的測量就會越不精確。而且，由于能量和質量通過愛因斯坦質能方程聯系在一起，這意味著粒子的質量也可能與預期的不同。

基本上這就是說，雖然光子的質量為零，但如果光子參與的相互作用時間很短，那么在那一瞬間，光子可能有質量。同樣，Z玻色子的標稱質量為 91GeV/c2，但其實際質量可能會因非常短暫的相互作用而有所不同。事實上，我們對Z玻色子已經研究得很透徹了，我們知道它的質量確實有一個范圍：在89.5到94.5GeV/c2之間。而這只是正常范圍，任何特定Z玻色子的質量都可以介于0電子伏特和無窮大之間，但在正常范圍之外發現它是非常罕見的。現在我們終于可以回答為什么弱力如此弱的問題：它歸結為能量。

使用弱力的放射性衰變類型稱為β衰變：中子衰變成質子并發射電子和中微子。這種衰變的一個例子是碳14衰變，它被用來確定一些物體的年齡。如果你更深入地觀察它，你看到的本質上是中子發射一個W玻色子，然后它衰變成一個電子和一個中微子。我們可以計算出這個特定的W玻色子的質量必須為0.002GeV/c2。

現在W玻色子的正常質量范圍在78到82GeV/c2之間，這意味著對于質量為 0.002GeV/c2的W玻色子來說，由弱力進行的相互作用非常弱。這是一個能量問題，也是制造如此輕的W玻色子的概率問題。

事實上，弱力在三個力中不一定是最弱的。例如，頂夸克通過發射W玻色子衰變成底夸克。而且它的衰變速度如此之快，以至于它發生在電磁或強相互作用之前。事實上，在頂夸克相互作用中，弱力是最強的力。再一次，原因是能量。一個頂夸克的質量為172GeV/c2，因此它有足夠的能量衰變成一個有80GeV/c2的W玻色子。

但是，這只是一種弱力變得超強的特殊情況。在能量比頂夸克低得多的核物理世界中，衰變只涉及大約0.002GeV/c2的能量，因此在一般情況下它是很弱的。