近期，美国费米国家实验室的CDF实验组公布了对标准模型W玻色子质量测量的最新分析结果。由于与粒子物理标准模型（Standard Model）的理论期望值相差达到7倍标准差以上，该结果引起了物理学家的关注。

W玻色子是什么？它的质量是如何测量的？新研究发现的这一偏差意味着什么？本文试图简单地向读者介绍这些问题。

对于19世纪末的“经典”物理学家们而言，这是一种全新的现象，它的许多性质令人困惑。对它的研究，开启了随后一个多世纪里人类认识各种基本粒子及其相互作用的历史。

今天，掌握了相对论性量子场论理论工具的物理学工作者们，已经能够很好地理解天然放射性，特别是其中贝塔射线的起源。贝塔射线的产生，是有别于万有引力和电磁力的另一种全新的相互作用——弱相互作用导致的。

与带“电荷”的粒子彼此之间存在电磁力类似，如果某些粒子带有所谓的“弱荷”，它们之间就会存在“弱力”。天然放射性现象中的贝塔射线，简单讲就是原子核中的一个中子在弱力的作用下“衰”变成一个质子、一个电子和一个（反电子）中微子的结果。

容易使人产生困惑的一点是（事实上，历史上物理学家也确实为此困惑过一段时间）：这种衰变并不意味着中子是由这三个粒子组成的。这就像在电磁场中转弯的电子，虽然它会辐射电磁波（光子），但这不意味着原先的电子是由后来的电子和辐射出去的光子组成的。类似地，我们也不应把中子想成是质子、电子和中微子彼此绕转组成的一个“小太阳系”式的系统。

上面的（不严谨的）类比完全可以继续进行下去。现在物理学家知道，中子、质子、电子和中微子都带有弱荷。我们可以不严格地想象：中子“辐射”出电子和中微子，自身则变为另一种带弱荷的粒子——质子。

不幸的是，这样的简单描述在行为“良好”的量子场论中是不允许的。物理学家用了几十年的时间理解其中的各种难题，最终意识到：中子一次只能“抛出”一个粒子，因而在中子衰变的过程中，一定存在一种新的粒子，这种新粒子就是所谓的W玻色子。这个大写的字母W，正来自弱相互作用的“弱”（Weak）。

其实，这恰恰是量子物理“测不准原理”的结果。在弱力作用下，中子“抛出”一个W玻色子、变成一个质子，W玻色子也可以“抛出”一个反电子中微子、变成一个电子。尽管一个中子“抛出”一个比自己重得多的W玻色子是违背能量守恒定律的，但是根据量子物理中的“能量时间不确定性关系”，只要这个过程发生的时间足够短，就不会“表现出”任何破坏能量守恒的效应。物理学家通过计算中子衰变的速度，估计出W玻色子的质量——这是我们最早得到的关于W玻色子质量的信息。

今天，粒子物理标准模型中的各种粒子都已经被实验观测到，粒子物理学家对这些粒子的相互作用性质进行了大量测量，其中不乏一些非常精确的测量。这些观测里没有对W玻色子质量的直接测量，但它们原则上只依赖于少数几个（至多十几个）物理参数。物理学家可以通过对这些观测量的计算，反推出W玻色子的质量。也就是说，如果标准模型是正确的，要解释上述粒子物理的实验数据，W玻色子的质量就应该是这么大—这就是标准模型对W玻色子质量期望值的由来。如今这个期望值是80357MeV，是质子质量的85.644倍。这个估计的精度高达万分之零点七五！