Почему Z-бозон и фотон разные?

Их отличия (и причины):

$\bullet$(1)$Z$бозон массивен, а фотон безмассов.

• Как вы сказали$Z$бозон массивен (~91 Гэв) из-за механизма Хиггса, но фотон остается в непрерывном секторе U(1).

$\bullet$(2)$Z$бозон имеет калибровочную связь иначе, чем фотон. Посмотрите на ковариантную производную (см. Peskin&Shroeder Intro to QFT, глава 22):

Нарушение электрослабой симметрии стандартной модели:

$$\text{SU(2) $\times$ U(1)$_Y$ $\to$ U(1)$_{em}$}$$ с У(1) $_Y$оказывает гипер заряд U (1) $Y$, который отличается от электромагнитного заряда U(1) $_{em}$заряжать $$e=\frac{gg'}{\sqrt{g^2+g'^2}}.$$ Обратите внимание, что фотон U(1) $_{em}$имеет генератор U(1) $T^3+Y$(смешение SU (2) и U (1) $_{Y}$). Сходным образом, $Z$бозон имеет генератор (смешивание между SU (2) и U (1) $_{Y}$) к $g^2T^3+g'^2Y$. Однако связи двух бозонов различны.

Как вы сказали,$Z$бозон имеет связь с нейтральной частицей (нейтральной при U (1)$_{em}$), а фотон - нет. Причина в том, что "заряжается " под неразорванным U(1)$_{em}$(т.е.$T^3+Y$) не то же самое, что "заряжаться " под одним из трех генераторов сломанной SU(2) (т.е.$g^2T^3+g'^2Y$).

$\bullet$(3) Правила Фейнмана аналогичны друг другу, но с другими связями:

источник правил Фейнмана: Гриффитс: Введение в элементарные частицы.