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在第14章，我们展示了一张包括左手与右手费米子的图（即图14-1），图中非零质量的粒子成对出现。当夸克与轻子质量非零时，它们引入了将左手与右手费米子相交换的相互作用。但是为了左手与右手费米子可以互换，它们必须参与相同的相互作用。然而实验表明，弱相互作用力在左手夸克和轻子与右手夸克和轻子上的作用并不相同，但是后者可以由前者转换而来。这种对宇称守恒的破坏（宇称守恒的意思是左手与右手遵从相同的物理定律）令每个第一次听闻它的人瞠目结舌。毕竟其他已知的自然定律都不区分左与右。但是这个显著的特性，也即弱相互作用力区别对待左与右，已经被实验证明并且是标准模型的重要特征。
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左手与右手的夸克和轻子有着不同相互作用告诉我们，如果没有一些新要素，非零质量的夸克和轻子将与已知的物理定律不相容。并且非零质量将把带弱荷的粒子与不带弱荷的联系起来。
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换言之，因为只有左手粒子带弱荷，那么这种荷也可以失去。也即荷可以明显地消失于真空——宇宙中不含任何粒子的状态。通常这是绝不可能发生的，因为荷必须守恒。如果荷可以无中生有，又可以凭空消失，那么与之相伴的相互作用的对称性一定会破缺，并且那个荒谬的高能规范玻色子相互作用的概率超过1的预测又会重新出现。因此，假如真空确实空无一物（没有粒子和场），那么荷永远不会神奇地消失。
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假如“真空不空”，而是包含了可以向真空提供弱荷的希格斯场，那么荷就可以产生或者消失了。一个希格斯场，尽管可以向真空提供荷，却不是由真实粒子组成的。它本质上是一个分布——只有当场自身取得非零值时，宇宙中弱荷才出现的一个分布。当希格斯场非零时，就好像宇宙有一个无穷供给的弱荷源。想象一下你有数不尽的金山银山，你可以任意借出和收回金钱，并且你将一直拥有无穷的钱财供你使用。与这个比喻类似，希格斯场将无穷的弱荷投放到真空中。这样，它就破坏了相互作用中的对称性，并且让荷流进与流出真空而使粒子出现了非零质量，却没有产生任何问题。
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一种考虑希格斯机制以及质量产生的方法是，让真空表现得像带有弱荷的黏滞流体（希格斯场渗透布满真空）。带有这种荷的粒子，例如弱规范玻色子与标准模型中的夸克和轻子，可以与这种流体相互作用，从而使其运动速度减慢。这种减慢效应对应于粒子获得了质量，因为零质量的粒子将以光速在真空中运动。
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这个巧妙的基本粒子获得质量的过程就是希格斯机制。它不仅告诉了我们基本粒子如何获得质量，还告诉了我们很多这些质量的性质。例如，这个机制解释了为什么一些粒子重而另一些轻。简单地说，粒子与希格斯场的相互作用越多、质量越大，反之则质量越小 。顶夸克是最重的夸克，因此它的相互作用最强。电子或者上夸克的质量相对较小，相互作用就比较弱。
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希格斯机制也提供了一个关于电磁以及传递该种相互作用的光子的深刻洞见。它告诉我们：只有这些相互作用的媒介粒子与分布于真空中的弱荷相互耦合，这些粒子才获得质量。W规范玻色子与Z玻色子都与这些弱荷耦合，所以它们具有非零质量。然而布满了真空的希格斯场虽然携带弱荷，却是电中性的。光子与弱荷没有相互作用，所以它的质量保持为零。于是，光子被单独地拣选出来。如果没有希格斯机制，那么将有三种零质量的弱规范玻色子以及另一种零质量的相互作用媒介粒子——即被称作超荷（hypercharge）的规范玻色子。那样，根本没有人会提出光子的概念了。但是希格斯场的出现，使得只有这种超荷规范玻色子与三种弱规范玻色子之一的唯一组合方式，可以给出作为传递电磁相互作用的媒介光子。光子具有零质量，对电磁理论的现象来说至关重要。它解释了为什么电磁波可以远程传播，而相反，弱相互作用力只能在一个极小范围内传播。正是因为希格斯场带有弱荷而没有电荷，所以光子可以以光速传播（它因此得名），而弱相互作用力的媒介则是重的粒子，所以不能以光速传播。
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不要混淆[64] ，光子才是基本粒子。但从某种意义上说，最初理论中的规范玻色子被错认了，因为它们并不对应于具有正确质量（可能是零质量）的物理粒子，而且它们在真空中的传播毫不受阻。在从希格斯机制得知遍布真空的弱荷之前，我们并没有办法从中确定哪些粒子有非零质量、哪些有零质量。由于希格斯机制，真空被带上弱荷，因为超荷规范玻色子与弱规范玻色子可以于真空中传播时相互转换，所以我们不能赋予它们确定的质量。在真空具有弱荷的前提下，只有光子和Z玻色子于真空传播时保持不变，其中Z玻色子有非零质量，而光子没有。于是希格斯机制可以将特殊的光子挑选出来，而与它相应的荷是它所传递的电磁作用的电荷。
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希格斯机制解释了为什么光子而非其他相互作用媒介粒子具有零质量。它也解释了质量的另一个性质。这个问题更巧妙一些，却给了我们为什么希格斯机制中质量与合理的高能预测相容的洞见。如果将希格斯场考虑成一种流体，那么我们可以想象它的密度将对粒子的质量产生不同的影响。进一步说，假如我们认为它的密度来源于相隔一定距离的弱荷，那么有的粒子在很小距离上的传播使得它们不会与任何一个弱荷相撞，它们的运动方式就好像其质量为零；然而有的粒子在长距离上传播，它们不可避免地会撞到弱荷上而反弹回来，速度就会降低[65] 。
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这对应一个事实：希格斯机制伴随着自发破缺（spontaneous breaking）的弱相互作用力的对称性，而该对称破缺发生在一个确定的尺度上。当一种对称性在自然定律（比如作为相互作用的理论）中出现，却被系统的真实状态破坏时，我们称这种对称性发生了自发破缺 。如我们所讨论的，对称性存在的原因与理论中粒子的高能行为相关。唯一的解释是：对称性存在，但是它们自发破缺了，从而使得弱规范玻色子可以获得质量而又规避了不良的高能行为。
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希格斯机制背后的想法是：对称性的确是理论的一部分。物理定律总有对称性，然而世界的真实状态不保持该对称性 。考虑一支铅笔尖端着地倒立，然后在一个特定的方向上倒下来。当铅笔还是直立着的时候，所有环绕着它的方向都是等同的。因此，倒下的铅笔自发地破坏了当它还是直立状态时所具有的旋转对称性。
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类似地，希格斯机制自发地破坏了弱相互作用力的对称性。这意味着物理定律保持对称性，而它被真空充满弱荷的状态所破坏。希格斯场在宇宙中渗透的方式是不对称的，才使得基本粒子获得了质量。因为它破坏了弱相互作用力的对称性，也就是说，如果没有希格斯场，该对称性仍然存在。相互作用理论保持了与该弱相互作用力相伴的对称性，但是该对称性被充满真空的希格斯场破坏了。
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通过将弱荷放进真空，希格斯机制使得与弱相互作用力相伴的对称性被破坏，并且发生在一个特定的尺度上。该尺度由真空中荷的分布所决定。在高能或者量子力学意义上等价的小尺度上，粒子不经受任何弱荷，因此它们体现出零质量的性质。因此在这种情形下，对称性得到了保持。然而，在大尺度时，弱荷在某些方面表现得像摩擦力，减慢了粒子的运动速度。只有在低能量，或者说大尺度时，希格斯场才会给粒子质量。
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这正是我们所需要的。那些有害的、对于非零质量粒子无意义的相互作用只适用于高能情况。在低能时，根据实验，粒子可以，而且必须带有一定的质量。希格斯机制是我们所知道的唯一可以通过自发破缺弱相互作用力对称性的方法。
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虽然我们还没有观测到在希格斯机制中负责提供给基本粒子质量的粒子，但是我们的确有希格斯机制在自然中应用的实验证据，并且在完全不同的领域——即超导材料中也发现了它的应用。超导发生在当电子结成对并且电子对充满了整个材料时。所谓的超导体中的凝聚（condensate）由电子对组成，它与希格斯场的作用一样。
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不过超导体中的凝聚携带的是电荷而非弱荷，因此凝聚为超导材料中传递电磁相互作用的光子提供质量。这质量将电荷“屏蔽”起来，意味着在超导体内部，电场、磁场不能达到很远的距离。相互作用在很短的距离上很快衰减。量子力学与狭义相对论告诉我们，超导体中的屏蔽距离（screening distance）是仅在超导基质中出现的光子质量的直接结果。在这些材料中，电场的穿透深度不能比屏蔽距离还要大，这是因为从遍布超导体的电子对碰撞反弹的光子获得了质量。
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希格斯机制的运作方式与此相似。但我们预测希格斯场（带弱荷）布满真空而不是电子对（带电荷）布满基质。在此情形下，我们发现获得质量的弱规范玻色子屏蔽了弱荷，而不是获得质量的光子屏蔽了电荷。因为弱规范玻色子有非零质量，所以弱相互作用力只在亚原子尺度的短距离上有效。
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这是赋予规范玻色子质量的唯一自洽方法，所以物理学家都相当确信希格斯机制在自然中存在。并且我们希望它不仅是规范玻色子获得质量的原因，也是所有基本粒子获得质量的原因。除此之外，我们不知道还有什么其他自洽理论可以让标准模型中带弱荷的粒子获得质量。
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本章有一些抽象概念，因此可能非常难理解。希格斯机制和希格斯场的概念本质上与量子场论和粒子物理学相联系，与我们所能看见的现象相去甚远。所以让我来简要总结一些关键点。
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●首先，没有希格斯机制，我们不得不放弃易受影响的高能预测或者非零的粒子质量。然而这两者对于正确的理论来说都至关重要。
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●其次，该问题的解决方法是存在于自然定律中的对称性，然而它可以在非零希格斯场的出现下自发破缺。真空的对称性破缺允许标准模型粒子获得非零质量。
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●再次，因为对称性自发破缺与能量（或者说长度）标度相关，所以破缺效应只与低能——基本粒子质量所对应的能标，以及更低的能标相关（或者说只与弱相互作用力尺度以及更大的尺度相关）。
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●最后，在所有这些能量与质量的考虑中，引力的效应都可以忽略，标准模型（包括粒子的质量）正确地描述了粒子物理学的实验。然而，对称性仍在自然定律中呈现，它允许合理的高能预测。
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●另外，作为一个副产品，希格斯机制还解释了光子的零质量，其原因是光子与遍及宇宙的希格斯场没有相互作用。
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虽然理论已经取得了极大成功，但我们还没有实验证据来证明我们的想法。甚至连彼得·希格斯本人也承认这些检测的重要性。他在2007年提到：“该理论的数学结构已经非常令人满意”，但是，“假如没有实验的证实，那么它也仅仅是一个游戏而已。”[1] 我们希望彼得·希格斯的理论是正确的，所以我们期待接下来几年能有激动人心的发现。大型强子对撞机将把单个粒子或者多个粒子的证据展现给我们，并且在该想法最简单的应用中，其证据毋庸置疑将是希格斯玻色子。
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