
在对称和稳定之间,物理学往往会选择稳定,而非对称。正所谓“恒而不稳,不若稳而不恒”。
一个具有怀疑精神的物理学家会看出点问题。光子的电场和磁场振荡方向都与光子的运动方向垂直,也就是说没有沿着光子运动方向的纵向振荡,然而量子力学要求任何具有质量的实体都具备这样的纵向振荡。不过当光子穿过等离子体时,等离子体本身会沿着光的传播方向振荡,就好比一束在空气中传播的纵向声波一样。因此整体上来看,等离子体中的有质量光子满足了所有要求——换句话说,要求光子无质量的基本对称性被隐藏起来了。
希格斯、恩勒特等人的发现,关键在于推广上述想法。想象整个空间中都充斥着某种形式的“等离子体”,它对光子而言是透明的,对W和Z玻色子却不是,于是W和Z玻色子就带上了质量。在这幅图景中,我们成为了那些经验只局限在这种奇怪而又无处不在的等离子体中的生物。这种“等离子体”,被称为希格斯场(这个名字其实有一点不太公平)。
希格斯场的数学描述,类似上述例子中的墨西哥草帽,只不过这里出现的对称性,是量子场论中的所谓规范对称(gauge symmetry)。当希格斯场为0时,规范对称性被保持,这意味着无论光子还是W和Z玻色子都是无质量的。然而,正如小球会滚进帽檐沟一样,真空总是会趋向能量最低状态。在这种类比中,小球代表了希格斯场的各种可能状态。当真空到达能量最低态后,规范对称性虽整体上仍然存在,但它的后果却被隐藏起来,于是粒子便获得了质量。
其实,一些研究者在1964年就认识到,小球可以在帽檐沟里无障碍地滚动,相当于W玻色子这样的有质量粒子存在着“额外振动维度”,等价于上面提到的等离子体的纵向振动。
但是只有希格斯注意到,小球还可以沿着帽檐沟的两侧上下振荡。这种振荡隐含在量子不确定性之中,同样也对应一种有质量粒子,就是现在我们所说的希格斯玻色子。1967年,汤姆·基伯(Tom Kibble)证明,W和Z玻色子如何通过与希格斯粒子的相互作用而获得质量,同时仍保持光子的质量为零,从而给希格斯的图景添上了完美的一笔。














