我们大多数人在学校或从书本上讲到，我们周围的所有材料-我们吃，喝，呼吸的所有东西，所有生物，地球本身-都是由原子组成的。 它们大约有100种，它们被称为“化学元素”，通常以分子形式组织，就像字母可以组织成单词一样。 我们认为这些与我们的世界有关的事实是理所当然的，但是在19世纪末，对此仍存在激烈的辩论。 仅在1900年左右，根据几个结论才有可能计算原子的大小，并且当发现电子时，一个居住在原子边缘的亚原子粒子才最终形成了世界的原子图。
但是直到今天，这张图片的某些部分还是看不清。 谜题仍然存在一百年了。 所有关于“希格斯玻色子”的炒作都与这些深层问题直接联系在一起，这些深层问题是我们生存的核心。 不久，我们画面中的模糊部分将变得更清晰，并向我们揭示尚不清楚的世界细节。
在学校里，我们教导说原子的质量主要是由于其小的核。 在原子核周围形成模糊云的电子对该质量的增加不超过其质量的千分之一。 但是，除非我们深入研究物理学，否则他们通常不会告诉我们，原子的大小主要取决于电子的质量。 如果您能以某种方式减少电子的质量，您会发现原子已经增长并且变得更加脆弱。 将电子的质量减少一千倍，原子将变得如此脆弱，以至于大爆炸留下的热量都可能破坏它们。 因此，普通材料的整体结构和存在与一个看似深奥的问题有关：为什么电子完全具有质量？
自从第一次测量以来，物理学家就对电子的质量及其起源感到困惑。 过去一百年来，许多与其他看似基本粒子有关的发现使这一谜语变得复杂和丰富。 首先，发现光还由称为光子的粒子组成，这些粒子根本没有质量。 然后，原子核由质量称为夸克的粒子组成。 最近，我们发现了迹象，即中微子（从太阳肠中移入牛群）难以捉摸的粒子也具有质量，尽管很小。 因此，关于电子的问题进入了更大的范畴：为什么电子，夸克和中微子等粒子具有质量，而光子却没有质量？
在上世纪中叶，物理学家学会了如何编写方程来预测和描述电子的行为。 尽管他们不知道电子的质量是从哪里来的，但他们发现该质量很容易手动纳入方程式，因此决定稍后将对它的起源进行完整的解释。 但是，当他们深入研究弱核相互作用时，这是自然界已知的四种核相互作用中的一种，他们遇到了一个严重的问题。
物理学家已经知道电力与光子有关，然后意识到弱相互作用与称为“ W”和“ Z”的粒子有关。 但与此同时，粒子W和Z在质量上与光子有所不同-它们的质量与锡原子相当，比电子重十万倍。 不幸的是，物理学家发现他们无法手动将粒子W和Z的质量合并到方程中：所得方程给出的预测毫无意义。 当他们研究弱相互作用如何影响电子，夸克和中微子时，他们发现将质量引入方程式的旧方法不起作用-它也破坏了整个系统。
需要新的想法来解释已知的基本粒子如何具有质量。
这种神秘感在1950年代和1960年代逐渐显现。 在1960年代初期，出现了一个可能的解决方案-在这里，我们遇到了彼得·希格斯（Peter Higgs）和其他人（布鲁克，恩格尔特，古拉尼克，哈根和基布尔）。 他们提出了我们现在所说的“希格斯机制”。 他们说，假设自然界中存在另一个未知的领域-像所有领域一样，它是存在于空间所有区域中的某种物质-在所有空间和时间上都是非零且同质的。 如果该场（现在称为希格斯场）是正确的类型，则其存在将导致W和Z粒子表现出质量，并使物理学家将电子质量返回方程式。 这仍然会推迟为什么电子质量如此的问题，但是至少在那时，将有可能写下电子质量不等于零的方程！
在随后的几十年中，以多种方式测试了希格斯机制的思想。 如今，从对W和Z粒子的详细研究中可以知道，由于弱相互作用而出现的难题的解决方案就位于该区域的某个位置。 但是这个故事的细节对我们来说还是未知的。
希格斯场是什么，如何理解？ 它对我们来说是看不见的，我们不会感觉到，就像孩子感觉不到空气或鱼或水一样。 甚至更多-因为如果我们长大了，我们就会开始意识到周围空气的流动，并在触摸的帮助下感觉到空气的流动，因此我们的感觉都无法进入希格斯领域。 我们不仅不能借助感官来检测它，而且不能借助科学仪器直接进行检测。 那么我们如何确定它的存在呢？ 我们怎么希望对他有所了解？
在下面的示例中，空气和希格斯场之间的类比效果很好：如果您干扰这两种介质中的任何一种，它们将振动并产生波浪。 在空中很容易产生这样的波浪-您可以大喊或拍手-然后我们的耳朵会以声音的形式发现这些波浪。 在希格斯场中，产生波浪越来越难观察。 为此，您需要一个巨大的粒子加速器，大型强子对撞机。 要检测它们，您需要像房屋一样大的科学工具，例如ATLAS或CMS。
如何运作？ 拍手肯定会产生响亮的声波。 大型强子对撞机上两个高能质子的碰撞将产生非常安静的希格斯波，尽管不一定如此-这只会导致一次碰撞一百亿次。 产生的波将是希格斯场中最安静的波（从技术上讲，是这种波的一个量子）。 我们将此波称为“希格斯粒子”或“希格斯玻色子”。
有时，媒体称其为“上帝的粒子”。 这个词是由一个出版商创造的，目的是为了更好地销售他的书，因此它来自广告，而不是科学或宗教。 科学家不使用这个术语。
创建希格斯粒子只是该过程的一部分，相对容易。 很难找到它。 声波从您的手掌自由地穿过房间传播到另一个人的耳朵。 希格斯粒子分解成其他粒子的速度比您可以说的希格斯玻色子还要快。 实际上，它比光通过一个原子的直径要快。 ATLAS和CMS仅尽可能仔细地测量爆炸后的希格斯粒子的残留物，然后尝试倒回发生的事情，就像侦探们揭开案件证据以判断希格斯粒子是否可能成为这些残留物的来源一样。
实际上，它仍然更加复杂。 仅创建一个希格斯粒子是不够的，因为无法区分其残余物。 通常，两个质子的碰撞会导致碎片的出现，类似于希格斯粒子的衰变所导致的碎片。 那么，我们如何确定出现了希格斯粒子呢？ 关键在于，尽管希格斯粒子很少见，但它们的碎片却相当规则地出现，而其他过程却经常发生，但以随机的方式发生。 就像您的耳朵即使在收音机上受到严重干扰也可以识别出唱歌声一样，实验人员可以在由其他类似过程产生的随机杂音中找出希格斯场的正常铃声。
加大这一切的难度和难度。 但这是在人类独创性的框架下完成的。
那么，为什么要进行如此艰巨的攻击呢？ 由于希格斯领域对我们的生存极为重要。 只有我们对它的起源和性质的无知才能与这种重要性相提并论。 我们甚至不知道是否存在这样一个领域。 可能有几个。 希格斯字段本身可以是复合的，由其他字段组成。 我们不知道为什么它不是零，而且我们也不知道为什么它与不同的粒子发生不同的相互作用，例如赋予电子一个质量，它与上一个夸克的质量根本不一样。 由于质量不仅在确定原子的大小方面起着重要作用，而且在自然的许多其他性质中也起着重要作用，因此，只要希格斯场仍然如此神秘，我们对宇宙和我们自己的理解就不可能是完整而令人满意的。 研究希格斯粒子-希格斯场中的波浪-将使我们对该领域的性质有更深入的了解，就像您可以通过研究地震从声波中了解空气，通过研究地震而从岩石中了解石头一样，也可以通过在海滩上观看海浪来了解大海。
你们中的一些人可能会（正确地）问：这一切都非常鼓舞人心，但是从实际意义上讲，它可以为社会带来什么好处？ 您可能不喜欢答案。 历史表明，研究基本问题的社会效益可能几十年甚至一个世纪都不会显现出来。 我怀疑您今天使用计算机。 我怀疑汤普森（Thompson）在1897年发现电子时，他圈子中的某个人可能已经猜到了多少电子可以改变社会。 我们不希望介绍下个世纪的技术，也不希望今天获得的看似深奥的知识如何影响遥远的未来。 投资基础研究总是有些赌博，但要基于知识。 在最坏的情况下，我们会学到一些自然而又意想不到的东西。 这些知识虽然在金钱上没有价值，但在两种意义上都是无价的。
为简洁起见，我简化了一些内容。 并非一切都必须那样。 可能无法检测到希格斯场上的波浪-可能使人想起在沥青湖或浓浆中产生波浪的尝试。 波浪可能在完全形成之前逐渐消失。 但是我们对自然粒子的了解足够多，因此知道只有在还有其他未发现的粒子和相互作用的情况下，这样的选择才有可能实现，而且其中的某些当然可以在大型强子对撞机上找到。 希格斯粒子可能存在，但以这种方式生产起来会更加困难，或者可能以某种意想不到的方式分解。 在所有这些情况下，希格斯油田开始揭示其秘密可能还要再过几年。 因此，我们准备等待，尽管我们希望我们不必向媒体解释所有这些困难。
但是我们却徒劳地担心。
希格斯粒子的发现是历史的转折点。 提出希格斯机制的人以及从事大型强子对撞机，ATLAS和CMS的人的胜利。 但这并不意味着我们完成了与已知粒子质量有关的谜语-这仅仅是我们解决这些谜语的希望的开始。 将来，大型强子对撞机的能量和碰撞次数将增加，ATLAS和CMS将全面系统地研究希格斯粒子。 他们所学到的知识可以使我们解决这个所有人都在其中游泳的大规模生产海洋的奥秘，并引导我们沿着一百多年前开始的史诗般的道路走下去，这可能需要数十年和几个世纪的时间，并且超出了目前的范围。视野。