電弱相互作用

電弱相互作用是電磁作用與弱相互作用的最新統一描述，而這兩種作用都是自然界中四種已知基本力。

名詞解釋

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100GeV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地熱（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相互作用。
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。電弱相互作用的理論目前經以下兩個實驗證明存在：
1973年在Gargamelle氣泡室首次在中微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

圖為已知基本粒子的弱同位旋T3及弱超電荷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，就能與其他粒子相互作用，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(W+、W0和W?)以及一個來自U(1)弱超電荷的B0玻色子。
在標準模型里W±和Z0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Q=Y/2+I3，而其中Y是U(1)Y（叫弱超電荷）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W0和B0玻色子組合成兩種不同的玻色子：Z0玻色子和光子(γ)。
如下：
其中θW為弱混合角。對稱破缺使得代表粒子的軸在(W0,B0)平面上旋轉，其旋轉角為θW（見右圖）。對稱破缺同時使得Z0和W±的質量變得不一樣（它們的質量分別以MZ和MW表示）：
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）。

具體套用

拉格朗日量

自發對稱破缺之前

電弱相互作用的拉格朗日量在自發對稱破缺之前分成四個部分：
項描述三種W粒子及一種B粒子的相互作用：
其中()及分別為弱同位旋及弱超電荷的場強度張量。
為標準模型費米子的動能項。規範玻色子與費米子間的相互作用是由共變導數所描述的。
其中下標代表費米子代，根據愛因斯坦求和約定，各項中重複的下標會把三代的結果都加起來，而、和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，和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。
描述希格斯場F：
負責提供湯川相互作用，它會把希格斯場所產生的真空期望值變成質量，

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
動能項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）。
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、、及的形式如下：
，（將X替換成相應的場，而則是規範群的架構常數）。
拉格朗日量中的中性流分量與載荷流分量，就是費米子與規範玻色子間的相互作用。
,
其中電磁流及中性弱流分別為
,
及
和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：
代表希格斯場的三點及四點自身相互作用。
代表規範矢量玻色子的希格斯相互作用。
代表規範場的三點自身相互作用。
代表規範場的四點自身相互作用。
而則代表費米子與希格斯場間的湯川相互作用。
注意各個弱耦合里這個因子：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征理論。