بوزون هيغز

بوزون هيغز

أحداث بوزون هيغز المرشحة الناتجة عن تصادمات بين البروتونات في مصادم الهدرونات الكبير . يُظهِر الحدث العلوي في تجربة CMS تحللًا إلى فوتونين (خطوط صفراء متقطعة وأبراج خضراء). يُظهِر الحدث السفلي في تجربة ATLAS تحللًا إلى أربعة ميونات (مسارات حمراء). [أ]
تعبير	جسيم أولي
إحصائيات	بوسونيك
رمز	ح0
نظري	ر. بروت ، ف. إنجلرت ، ب. هيجز ، جي إس جورالنيك ، سي آر هاجن ، وتي دبليو بي كيبل (1964)
تم اكتشافه	مصادم الهدرونات الكبير (2011–2013)
كتلة	125.11 ± 0.11 جيجا إلكترون فولت / ثانية [1]
متوسط ​​العمر	1.56 × 10 −22  ثانية [ب] (متوقع) 1.2 ~4.6 × 10 −22  ثانية (تم قياسها مبدئيًا عند أهمية 3.2 سيجما (1 في 1000)) [3] [4]
يتحلل إلى	زوج القاع -القاع المضاد (ملاحظ) [5] [6] بوزونات W (مُلاحظة) اثنان من الغلوونات (متوقع) زوج تاو -أنتيتاو (ملاحظ) بوزونات Z (مُلاحظة) فوتونان (ملاحظان ) لبتونان وفوتون ( تحلل داليتز عبر الفوتون الافتراضي ) (تم رصده مبدئيًا عند أهمية سيجما 3.2 (1 في 1000)) [4 ] زوج الميون -الميون المضاد (متوقع) تحللات أخرى مختلفة (متوقعة)
الشحنة الكهربائية	0  هـ
شحنة اللون	0
يلف	0  هـ [7] [8]
ضعف الدوران المتساوي	- ⁠1/2⁠
ضعف الشحن الزائد	+1
التكافؤ	+1 [7] [8]

بوزون هيغز ، ويسمى أحيانًا جسيم هيغز ، ^{[9] [10]} هو جسيم أولي في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ينتج عن الإثارة الكمومية لحقل هيغز ، ^{[11] [12]} أحد المجالات في نظرية فيزياء الجسيمات . ^{[12] في النموذج القياسي، جسيم هيغز هو} بوزون قياسي ضخم ذو دوران صفري، وتكافؤ موجب ، ولا يحتوي على شحنة كهربائية ، ولا يحتوي على شحنة لونية تتفاعل مع الكتلة. ^[13] كما أنه غير مستقر للغاية، ويتحلل إلى جزيئات أخرى فور تكوينه تقريبًا.

حقل هيغز هو حقل قياسي يتكون من مكونين محايدين ومكونين مشحونين كهربائيًا يشكلان ثنائيًا معقدًا من تماثل الدوران المتساوي الضعيف SU(2). يؤدي " إمكانية سومبريرو " إلى اتخاذه قيمة غير صفرية في كل مكان (بما في ذلك الفضاء الفارغ بخلاف ذلك)، مما يكسر تماثل الدوران المتساوي الضعيف للتفاعل الكهروضعيف ، ومن خلال آلية هيغز ، يعطي كتلة سكون لجميع الجسيمات الأولية الضخمة في النموذج القياسي، بما في ذلك بوزون هيغز نفسه. أصبح وجود حقل هيغز آخر جزء غير مؤكد من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، ولعدة عقود كان يُعتبر "المشكلة المركزية في فيزياء الجسيمات". ^{[14] [15]}

تم تسمية كل من المجال والبوزون على اسم الفيزيائي بيتر هيغز ، الذي اقترح في عام 1964، جنبًا إلى جنب مع خمسة علماء آخرين في ثلاث فرق، آلية هيغز ، وهي طريقة لبعض الجسيمات لاكتساب الكتلة . (يجب أن تكون جميع الجسيمات الأساسية المعروفة في ذلك الوقت ^[ج] عديمة الكتلة عند طاقات عالية جدًا، ولكن التفسير الكامل لكيفية اكتساب بعض الجسيمات للكتلة عند طاقات أقل كان صعبًا للغاية.) إذا كانت هذه الأفكار صحيحة، فيجب أن يوجد أيضًا جسيم يُعرف باسم بوزون قياسي (مع خصائص معينة). أطلق على هذا الجسيم اسم بوزون هيغز ويمكن استخدامه لاختبار ما إذا كان مجال هيغز هو التفسير الصحيح.

بعد بحث دام 40 عامًا ، تم اكتشاف جسيم دون ذري بالخصائص المتوقعة في عام 2012 من خلال تجارب ATLAS و CMS في مصادم الهدرونات الكبير (LHC) في سيرن بالقرب من جنيف بسويسرا. تم تأكيد أن الجسيم الجديد يطابق الخصائص المتوقعة لبوزون هيغز. حصل الفيزيائيون من اثنين من الفرق الثلاثة، بيتر هيغز وفرانسوا إنجليرت ، على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2013 لتوقعاتهم النظرية. على الرغم من أن اسم هيغز أصبح مرتبطًا بهذه النظرية، إلا أن العديد من الباحثين بين عامي 1960 و1972 طوروا بشكل مستقل أجزاء مختلفة منها.

في وسائل الإعلام، غالبًا ما يُطلق على بوزون هيغز اسم " جسيم الله " بعد كتاب "جسيم الله " الذي نُشر عام 1993 للحائز على جائزة نوبل ليون ليديرمان . ^[16] وقد تعرض الاسم لانتقادات من قبل علماء الفيزياء، ^{[17] [18]} بما في ذلك هيغز. ^[19]

النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات
الجسيمات الأولية للنموذج القياسي
خلفية فيزياء الجسيمات النموذج القياسي نظرية المجال الكمومي نظرية القياس كسر التناظر التلقائي آلية هيغز
المكونات التفاعل الكهروضعيف الديناميكا اللونية الكمومية مصفوفة CKM الرياضيات النموذجية القياسية
القيود مشكلة CP القوية مشكلة التسلسل الهرمي تذبذبات النيوترينو الفيزياء خارج النموذج القياسي
العلماء رذرفورد تومسون تشادويك بوس سودارشان ديفيس جونيور أندرسون فيرمي ديراك فاينمان روبيا جيل مان كيندال تايلور فريدمان باول أندرسون جلاشو إيليوبولوس ليديرمان ماياني مير كوان نامبو تشامبرلين كابيبو شوارتز بيرل ماجورانا واينبرغ لي جناح سلام كوباياشي ماسكاوا المطاحن يانغ يوكاوا 'ت هوفت فيلتمان إجمالي بايس باولي بوليتزر رينيس شفينجر ويلسزيك كرونين فيتش فليك هيغز إنجليرت بروت هاجن جورالنيك طعام جاف دي مايولو لاتيه زويج
ف ت هـ

يشرح الفيزيائيون الجسيمات والقوى الأساسية في كوننا من حيث النموذج القياسي - وهو إطار مقبول على نطاق واسع يعتمد على نظرية المجال الكمومي التي تتنبأ بكل الجسيمات والقوى المعروفة تقريبًا باستثناء الجاذبية بدقة كبيرة. (يتم استخدام نظرية منفصلة، ​​النسبية العامة ، للجاذبية.) في النموذج القياسي، تنشأ الجسيمات والقوى في الطبيعة (بصرف النظر عن الجاذبية) من خصائص المجالات الكمومية المعروفة باسم ثبات القياس والتناظرات . تنتقل القوى في النموذج القياسي بواسطة جسيمات تُعرف باسم بوزونات القياس . ^{[20] [21]}

"إن القول بأن الفيزياء هي دراسة التناظر هو مجرد مبالغة بسيطة" - فيليب أندرسون ، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء ^[22]

النظريات الثابتة للقياس هي نظريات لها ميزة مفيدة، أي: بعض أنواع التغييرات في قيمة عناصر معينة لا تحدث أي فرق في النتائج أو القياسات التي نجريها. على سبيل المثال: تغيير الفولتية في مغناطيس كهربائي بمقدار +100 فولت لا يسبب أي تغيير في المجال المغناطيسي الذي ينتجه. وبالمثل، يبدو أن قياس سرعة الضوء في الفراغ يعطي نفس النتيجة، أياً كان الموقع في الزمان والمكان، وأياً كان مجال الجاذبية المحلي .

في مثل هذه الأنواع من النظريات، يكون المقياس عنصرًا يمكننا تغيير قيمته. وحقيقة أن بعض التغييرات تترك النتائج التي نقيسها دون تغيير تعني أنها نظرية ثابتة للمقياس، والتناظرات هي الأنواع المحددة من التغييرات التي تطرأ على المقياس والتي يكون لها تأثير ترك القياسات دون تغيير. تُعد التناظرات من هذا النوع أدوات قوية لفهم عميق للقوى والجسيمات الأساسية في عالمنا المادي. وبالتالي فإن ثبات المقياس خاصية مهمة في نظرية فيزياء الجسيمات. وهي مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بقوانين الحفاظ ويتم وصفها رياضيًا باستخدام نظرية المجموعة . نظرية المجال الكمومي والنموذج القياسي كلاهما نظريات ثابتة للمقياس - مما يعني أنها تركز على خصائص كوننا، وتوضح خاصية ثبات المقياس والتناظرات المعنية.

كانت نظريات المجال الكمومي القائمة على ثبات القياس قد استُخدمت بنجاح كبير في فهم القوى الكهرومغناطيسية والقوية ، ولكن بحلول عام 1960 تقريبًا، كانت جميع المحاولات لإنشاء نظرية ثبات القياس للقوة الضعيفة (وتركيبها مع القوة الكهرومغناطيسية، والمعروفة معًا باسم التفاعل الكهروضعيف ) قد فشلت باستمرار. ونتيجة لهذه الإخفاقات، بدأت نظريات القياس تفقد سمعتها. كانت المشكلة أن متطلبات التناظر لهاتين القوتين تنبأت بشكل غير صحيح بأن بوزونات القياس للقوة الضعيفة ( W وZ ) سيكون لها "كتلة صفرية" (في المصطلحات المتخصصة في فيزياء الجسيمات، تشير "الكتلة" على وجه التحديد إلى كتلة سكون الجسيم ). لكن التجارب أظهرت أن بوزونات القياس W وZ لها كتلة غير صفرية (سكون). ^[23]

علاوة على ذلك، بدا أن العديد من الحلول الواعدة تتطلب وجود جسيمات إضافية تُعرف باسم بوزونات جولدستون . لكن الأدلة تشير إلى عدم وجود هذه الجسيمات أيضًا. وهذا يعني أن ثبات القياس كان نهجًا غير صحيح، أو أن شيئًا غير معروف كان يعطي بوزونات W وZ للقوة الضعيفة كتلتها، ويفعل ذلك بطريقة لم تخلق بوزونات جولدستون. وبحلول أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات، كان الفيزيائيون في حيرة من أمرهم بشأن كيفية حل هذه المشكلات، أو كيفية إنشاء نظرية شاملة لفيزياء الجسيمات.

في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، أدرك يويتشيرو نامبو أن كسر التناظر التلقائي ، وهي العملية التي يصبح فيها النظام المتماثل غير متماثل، يمكن أن يحدث في ظل ظروف معينة. ^[د] يحدث كسر التناظر عندما يؤثر بعض المتغيرات التي لم تؤثر سابقًا على النتائج المقاسة ( كانت في الأصل "تناظرًا" ) على النتائج المقاسة ( أصبحت الآن "مكسورة" ولم تعد تناظرًا ). في عام 1962، لاحظ الفيزيائي فيليب أندرسون ، وهو خبير في فيزياء المادة المكثفة ، أن كسر التناظر لعب دورًا في الموصلية الفائقة ، واقترح أنه يمكن أن يكون أيضًا جزءًا من الإجابة على مشكلة ثبات القياس في فيزياء الجسيمات.

على وجه التحديد، اقترح أندرسون أن بوزونات جولدستون التي قد تنتج عن كسر التناظر قد يتم "امتصاصها" بدلاً من ذلك، في بعض الظروف، ^بواسطة بوزونات W وZ عديمة الكتلة . إذا كان الأمر كذلك، فربما لن توجد بوزونات جولدستون، وقد تكتسب بوزونات W وZ كتلة ، مما يحل كلتا المشكلتين في وقت واحد. تم بالفعل طرح سلوك مماثل في الموصلية الفائقة. ^[24] في عام 1964، أثبت الفيزيائيان أبراهام كلاين وبنجامين لي أن هذا ممكن نظريًا ، على الأقل لبعض الحالات المحدودة ( غير النسبية ). ^[25]

بعد أوراق عام 1963 ^[26] وأوائل عام 1964 ^[25] ، طورت ثلاث مجموعات من الباحثين هذه النظريات بشكل مستقل بشكل أكثر اكتمالاً، فيما أصبح يُعرف بأوراق كسر تناظر PRL لعام 1964. توصلت المجموعات الثلاث إلى استنتاجات مماثلة لجميع الحالات، وليس فقط لبعض الحالات المحدودة. لقد أظهروا أن شروط تناظر الكهروضعيف سوف "تنكسر" إذا كان هناك نوع غير عادي من المجال موجود في جميع أنحاء الكون، وبالفعل، لن تكون هناك بوزونات جولدستون وستكتسب بعض البوزونات الموجودة كتلة .

أصبح المجال المطلوب لحدوث هذا (والذي كان افتراضيًا بحتًا في ذلك الوقت) يُعرف باسم مجال هيغز (بعد بيتر هيغز ، أحد الباحثين) وأصبحت الآلية التي أدت إلى كسر التناظر تُعرف باسم آلية هيغز . تتمثل إحدى السمات الرئيسية للمجال الضروري في أنه سيستغرق طاقة أقل حتى يكون للمجال قيمة غير صفرية من قيمة صفرية، على عكس جميع المجالات الأخرى المعروفة، وبالتالي، فإن مجال هيغز له قيمة غير صفرية (أو توقع الفراغ ) في كل مكان . يمكن لهذه القيمة غير الصفرية من الناحية النظرية كسر التناظر الكهروضعيف. كان أول اقتراح قادر على إظهار كيف يمكن أن يكون لبوزونات مقياس القوة الضعيفة كتلة على الرغم من تناظرها الحاكم، ضمن نظرية ثابتة للمقياس.

على الرغم من أن هذه الأفكار لم تحظ بدعم أو اهتمام كبير في البداية، إلا أنها بحلول عام 1972 تطورت إلى نظرية شاملة وأثبتت قدرتها على إعطاء نتائج "معقولة" تصف بدقة الجسيمات المعروفة في ذلك الوقت، والتي تنبأت بدقة استثنائية بالعديد من الجسيمات الأخرى التي تم اكتشافها خلال السنوات التالية . ^[f] خلال السبعينيات، أصبحت هذه النظريات بسرعة النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

للسماح بكسر التناظر، يتضمن النموذج القياسي مجالًا من النوع المطلوب "لكسر" تناظر القوة الكهروضعيفة وإعطاء الجسيمات كتلتها الصحيحة. تم افتراض وجود هذا المجال، الذي أصبح يُعرف باسم "حقل هيغز"، في جميع أنحاء الفضاء، وكسر بعض قوانين التناظر للتفاعل الكهروضعيف ، مما يؤدي إلى تشغيل آلية هيغز. وبالتالي، فإنه من شأنه أن يتسبب في أن تكون بوزونات مقياس W وZ للقوة الضعيفة ضخمة عند جميع درجات الحرارة التي تقل عن قيمة عالية للغاية. ^[ز] عندما تكتسب بوزونات القوة الضعيفة كتلة، فإن هذا يؤثر على المسافة التي يمكنها قطعها بحرية، والتي تصبح صغيرة جدًا، وهو ما يتوافق أيضًا مع النتائج التجريبية. ^{[ح] علاوة على ذلك، أدرك لاحقًا أن نفس المجال} من شأنه أن يفسر أيضًا، بطريقة مختلفة، سبب وجود كتلة لمكونات أساسية أخرى للمادة (بما في ذلك الإلكترونات والكوراكات ).

على عكس جميع المجالات الأخرى المعروفة، مثل المجال الكهرومغناطيسي ، فإن مجال هيغز هو مجال قياسي ، وله قيمة متوسطة غير صفرية في الفراغ .

لم يكن هناك أي دليل مباشر على وجود مجال هيغز حتى الآن، ولكن حتى بدون دليل مباشر، فإن دقة تنبؤاته دفعت العلماء إلى الاعتقاد بأن النظرية قد تكون صحيحة. وبحلول ثمانينيات القرن العشرين، أصبح السؤال حول ما إذا كان مجال هيغز موجودًا، وبالتالي ما إذا كان النموذج القياسي بأكمله صحيحًا، يُعتبر أحد أهم الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها في فيزياء الجسيمات . أصبح وجود مجال هيغز آخر جزء غير مؤكد من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، ولعدة عقود من الزمان كان يُعتبر "المشكلة المركزية في فيزياء الجسيمات". ^{[14] [15]}

على مدى عقود عديدة، لم يكن لدى العلماء وسيلة لتحديد ما إذا كان مجال هيغز موجودًا أم لا، لأن التكنولوجيا اللازمة لاكتشافه لم تكن موجودة في ذلك الوقت. وإذا كان مجال هيغز موجودًا بالفعل، فإنه سيكون مختلفًا عن أي مجال أساسي معروف آخر، ولكن من الممكن أيضًا أن تكون هذه الأفكار الرئيسية، أو حتى النموذج القياسي بأكمله، غير صحيحة بطريقة أو بأخرى ^.

قدمت نظرية هيغز المفترضة عدة تنبؤات رئيسية. ^{[f] [28] : 22} كان أحد التنبؤات الحاسمة هو أن الجسيم المطابق ، المسمى "بوزون هيغز"، يجب أن يوجد أيضًا. إن إثبات وجود بوزون هيغز من شأنه أن يثبت ما إذا كان مجال هيغز موجودًا، وبالتالي يثبت في النهاية ما إذا كان تفسير النموذج القياسي صحيحًا. لذلك، كان هناك بحث مكثف عن بوزون هيغز ، كوسيلة لإثبات وجود مجال هيغز نفسه. ^{[11] [12]}

على الرغم من وجود مجال هيغز في كل مكان، إلا أن إثبات وجوده لم يكن سهلاً على الإطلاق. من حيث المبدأ، يمكن إثبات وجوده من خلال الكشف عن إثاراته ، والتي تتجلى في شكل جسيمات هيغز ( بوزون هيغز )، ولكن من الصعب للغاية إنتاجها واكتشافها بسبب الطاقة المطلوبة لإنتاجها وإنتاجها النادر جدًا حتى لو كانت الطاقة كافية. لذلك، مرت عدة عقود قبل العثور على أول دليل على وجود بوزون هيغز. استغرق تطوير مصادمات الجسيمات وأجهزة الكشف وأجهزة الكمبيوتر القادرة على البحث عن بوزونات هيغز أكثر من 30 عامًا ( حوالي  1980-2010 ) . أدت أهمية هذا السؤال الأساسي إلى بحث استمر 40 عامًا ، وبناء أحد أغلى المرافق التجريبية وأكثرها تعقيدًا في العالم حتى الآن، وهو مصادم الهدرونات الكبير التابع لمنظمة سيرن ، ^[29] في محاولة لإنشاء بوزونات هيغز وجسيمات أخرى للمراقبة والدراسة.

في 4 يوليو 2012، تم اكتشاف جسيم جديد بكتلة تتراوح بينتم الإعلان عن 125 و 127  GeV/ c ² ؛ اشتبه الفيزيائيون في أنها كانت بوزون هيغز. ^{[30] [j] [31] [32]} ومنذ ذلك الحين، تم إثبات أن الجسيم يتصرف ويتفاعل ويتحلل بالعديد من الطرق التي تنبأت بها جسيمات هيغز بواسطة النموذج القياسي، بالإضافة إلى وجود تكافؤ متساوٍ ودوران صفري ، [ ^{7] [8]} وهما صفتان أساسيتان لبوزون هيغز. وهذا يعني أيضًا أنه أول جسيم قياسي أولي يتم اكتشافه في الطبيعة. ^[33]

بحلول مارس 2013، تم تأكيد وجود بوزون هيغز، وبالتالي، فإن مفهوم وجود نوع ما من مجال هيغز في جميع أنحاء الفضاء مدعوم بقوة. ^{[30] [32] [7]} إن وجود المجال، الذي تم تأكيده الآن من خلال التحقيق التجريبي، يفسر سبب امتلاك بعض الجسيمات الأساسية لكتلة (سكون) ، على الرغم من التناظرات التي تتحكم في تفاعلاتها، مما يعني أنها يجب أن تكون "عديمة الكتلة". كما يحل العديد من الألغاز الأخرى طويلة الأمد، مثل سبب المسافة القصيرة للغاية التي تقطعها بوزونات القوة الضعيفة ، وبالتالي المدى القصير للغاية للقوة الضعيفة. اعتبارًا من عام 2018، تُظهر الأبحاث المتعمقة أن الجسيم يستمر في التصرف بما يتماشى مع تنبؤات بوزون هيغز النموذجي القياسي. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات للتحقق بدقة أعلى من أن الجسيم المكتشف لديه جميع الخصائص المتوقعة أو ما إذا كانت هناك بوزونات هيغز متعددة، كما وصفتها بعض النظريات. ^[34]

يتم الآن إجراء المزيد من التحقيقات حول طبيعة وخصائص هذا المجال، باستخدام المزيد من البيانات التي تم جمعها في LHC. ^[35]

لقد تم استخدام تشبيهات مختلفة لوصف مجال هيغز والبوزون، بما في ذلك التشبيهات مع تأثيرات كسر التناظر المعروفة مثل قوس قزح والمنشور ، والحقول الكهربائية ، والتموجات على سطح الماء.

تُستخدم تشبيهات أخرى تعتمد على مقاومة الأجسام الكبيرة المتحركة عبر الوسائط (مثل تحرك الأشخاص عبر الحشود، أو تحرك بعض الأجسام عبر الشراب أو الدبس ) بشكل شائع ولكنها مضللة، لأن مجال هيغز لا يقاوم الجسيمات في الواقع، وتأثير الكتلة لا يحدث بسبب المقاومة.

في النموذج القياسي، بوزون هيغز هو بوزون قياسي ضخم يجب إيجاد كتلته تجريبياً. وقد تم تحديد كتلته على أنها125.35 ± 0.15 جيجا إلكترون فولت/ ^ثانية حسب CMS (2022) ^[36] و125.11 ± 0.11 GeV/ c ² بواسطة ATLAS (2023). إنه الجسيم الوحيد الذي يظل ضخمًا حتى عند الطاقات العالية جدًا. له دوران صفري، وتكافؤ موجب ، ولا شحنة كهربائية ، ولا شحنة لونية ، ويرتبط بالكتلة (يتفاعل معها). ^[13] كما أنه غير مستقر للغاية، ويتحلل إلى جزيئات أخرى على الفور تقريبًا عبر عدة مسارات محتملة.

حقل هيغز هو حقل قياسي ، مع مكونين محايدين ومكونين مشحونين كهربائيًا يشكلان ثنائيًا معقدًا من تماثل SU(2) ذي الدوران المتساوي الضعيف . وعلى عكس أي حقل كمي معروف آخر، فإنه يتمتع بإمكانات سومبريرو . وهذا الشكل يعني أنه تحت الطاقات العالية للغاية التي تبلغ حوالي159.5 ± 1.5  جيجا إلكترون فولت ^[37] مثل تلك التي شوهدت خلال أول بيكو ثانية (10 ⁻¹² ثانية) من الانفجار العظيم ، فإن مجال هيغز في حالته الأساسية يتطلب طاقة أقل للحصول على توقع فراغ غير صفري (قيمة) من قيمة صفرية. لذلك في الكون الحالي، يكون لحقل هيغز قيمة غير صفرية في كل مكان (بما في ذلك الفضاء الفارغ بخلاف ذلك). هذه القيمة غير الصفرية بدورها تكسر تماثل SU(2) المغزلي الضعيف للتفاعل الكهروضعيف في كل مكان. (من الناحية الفنية، تحول قيمة التوقع غير الصفرية مصطلحات اقتران يوكاوا في لاجرانج إلى مصطلحات كتلة.) عندما يحدث هذا، يتم "امتصاص" ثلاثة مكونات من مجال هيغز بواسطة بوزونات مقياس SU(2) وU(1) (" آلية هيغز ") لتصبح المكونات الطولية لبوزونات W وZ الضخمة الآن للقوة الضعيفة . يتجلى المكون المحايد كهربائيًا المتبقي إما في صورة بوزون هيغز، أو قد يرتبط بشكل منفصل بجسيمات أخرى تُعرف باسم الفرميونات (عبر اقترانات يوكاوا )، مما يتسبب في اكتسابها للكتلة أيضًا. ^[38]

كان الدليل على وجود مجال هيغز وخصائصه بالغ الأهمية لأسباب عديدة. تكمن أهمية بوزون هيغز إلى حد كبير في إمكانية فحصه باستخدام المعرفة الحالية والتكنولوجيا التجريبية، كوسيلة لتأكيد ودراسة نظرية مجال هيغز بالكامل. ^{[11] [12] وعلى العكس من ذلك، فإن إثبات} عدم وجود مجال هيغز والبوزون كان ليكون مهمًا أيضًا.

يؤكد بوزون هيغز صحة النموذج القياسي من خلال آلية توليد الكتلة . ومع إجراء قياسات أكثر دقة لخصائصه، قد يتم اقتراح أو استبعاد امتدادات أكثر تقدمًا. ومع تطوير الوسائل التجريبية لقياس سلوكيات وتفاعلات المجال، قد يتم فهم هذا المجال الأساسي بشكل أفضل. إذا لم يتم اكتشاف مجال هيغز، لكان من الضروري تعديل النموذج القياسي أو استبداله.

فيما يتصل بهذا، هناك اعتقاد عام بين علماء الفيزياء بأنه من المرجح أن تكون هناك فيزياء "جديدة" تتجاوز النموذج القياسي ، وأن النموذج القياسي سوف يتم توسيعه أو استبداله في مرحلة ما. إن اكتشاف هيغز، فضلاً عن العديد من الاصطدامات المقاسة التي تحدث في مصادم الهدرونات الكبير، يوفر لعلماء الفيزياء أداة حساسة للبحث في بياناتهم عن أي دليل على أن النموذج القياسي يبدو أنه يفشل، ويمكن أن يوفر أدلة كبيرة ترشد الباحثين إلى التطورات النظرية المستقبلية.

تحت درجة حرارة عالية للغاية، يتسبب كسر التناظر الكهروضعيف في ظهور التفاعل الكهروضعيف جزئيًا كقوة ضعيفة قصيرة المدى ، والتي تحملها بوزونات قياس ضخمة . في تاريخ الكون ، يُعتقد أن كسر التناظر الكهروضعيف حدث عند حوالي 1 بيكو ثانية (10 ⁻¹² ثانية) بعد الانفجار العظيم ، عندما كان الكون عند درجة حرارة159.5 ± 1.5  GeV/ k _B. ^[39] إن كسر هذا التناظر مطلوب لتكوين الذرات والهياكل الأخرى، وكذلك للتفاعلات النووية في النجوم، مثل الشمس . إن مجال هيغز مسؤول عن كسر هذا التناظر.

يعتبر مجال هيغز محوريًا في توليد كتل الكواركات واللبتونات المشحونة (من خلال اقتران يوكاوا) وبوزونات مقياس W وZ (من خلال آلية هيغز).

لا "يخلق" مجال هيغز كتلة من لا شيء (وهو ما من شأنه أن ينتهك قانون حفظ الطاقة )، ​​ولا يكون مجال هيغز مسؤولاً عن كتلة جميع الجسيمات. على سبيل المثال، ما يقرب من 99٪ من كتلة الباريونات (الجسيمات المركبة مثل البروتون والنيوترون ) ، ترجع بدلاً من ذلك إلى طاقة الربط الديناميكية اللونية الكمومية ، والتي هي مجموع الطاقات الحركية للكواركات وطاقات الغلوونات عديمة الكتلة التي تتوسط التفاعل القوي داخل الباريونات. ^[40] في النظريات القائمة على هيغز، فإن خاصية "الكتلة" هي مظهر من مظاهر الطاقة الكامنة المنقولة إلى الجسيمات الأساسية عندما تتفاعل ("تقترن") مع مجال هيغز، الذي احتوى على تلك الكتلة في شكل طاقة . ^[41]

حقل هيغز هو الحقل الوحيد القياسي (دوران -0) الذي يمكن اكتشافه؛ جميع الحقول الأساسية الأخرى في النموذج القياسي هي حقول مغزلية . 1 /2⁠ الفرميونات أو بوزونات السبين-1. ^[k] وفقًا لرولف ديتر هوير ، المدير العام لـ سيرن عندما تم اكتشاف بوزون هيغز، فإن هذا الدليل على وجود حقل قياسي مهم تقريبًا مثل دور هيغز في تحديد كتلة الجسيمات الأخرى. ويشير إلى أن حقولًا قياسية افتراضية أخرى اقترحتها نظريات أخرى، من التضخم إلى الجوهر ، ربما تكون موجودة أيضًا. ^{[42] [43]}

لقد تم إجراء قدر كبير من الأبحاث العلمية حول الروابط المحتملة بين مجال هيغز والتضخم -  وهو مجال افتراضي تم اقتراحه كتفسير لتوسع الفضاء خلال الجزء الأول من الثانية من عمر الكون (المعروف باسم " العصر التضخمي "). تشير بعض النظريات إلى أن مجالًا قياسيًا أساسيًا قد يكون مسؤولاً عن هذه الظاهرة؛ يعد مجال هيغز أحد هذه المجالات، وقد أدى وجوده إلى ظهور أوراق بحثية تحلل ما إذا كان يمكن أن يكون أيضًا التضخم المسؤول عن هذا التوسع الأسي للكون أثناء الانفجار العظيم . مثل هذه النظريات مؤقتة للغاية وتواجه مشاكل كبيرة تتعلق بالوحدة ، ولكنها قد تكون قابلة للتطبيق إذا تم دمجها مع ميزات إضافية مثل الاقتران الكبير غير الأدنى، أو مقياس برانز-ديك ، أو فيزياء "جديدة" أخرى، وقد تلقت معالجات تشير إلى أن نماذج التضخم لهيغز لا تزال ذات أهمية من الناحية النظرية.

في النموذج القياسي، توجد إمكانية أن تكون الحالة الأساسية لكوننا - المعروفة باسم "الفراغ" - طويلة العمر، ولكنها ليست مستقرة تمامًا . في هذا السيناريو، يمكن تدمير الكون كما نعرفه فعليًا عن طريق الانهيار إلى حالة فراغ أكثر استقرارًا . ^{[45] [46] [47] [48] [49]} وقد تم الإبلاغ عن هذا بشكل خاطئ في بعض الأحيان على أنه "إنهاء" بوزون هيغز للكون. ^[l] إذا كانت كتل بوزون هيغز والكوارك العلوي معروفة بشكل أكثر دقة، ويوفر النموذج القياسي وصفًا دقيقًا لفيزياء الجسيمات حتى الطاقات القصوى لمقياس بلانك ، فمن الممكن حساب ما إذا كان الفراغ مستقرًا أم طويل العمر فحسب. ^{[52] [53] [54]} كتلة هيغزيبدو أن 125–127 GeV/ c ² قريبة للغاية من الحد الفاصل للاستقرار، ولكن الإجابة النهائية تتطلب قياسات أكثر دقة لكتلة القطب للكوارك العلوي. ^[44] يمكن للفيزياء الجديدة تغيير هذه الصورة. ^[55]

إذا كانت قياسات بوزون هيغز تشير إلى أن كوننا يقع داخل فراغ زائف من هذا النوع، فإن هذا يعني - على الأرجح بعد مليارات السنين ^{[56] [م]}  - أن قوى الكون وجسيماته وبنياته قد تتوقف عن الوجود كما نعرفها (ويتم استبدالها بأخرى مختلفة)، إذا حدث أن تشكل فراغ حقيقي . ^{[56] [ن]} كما يشير إلى أن اقتران هيغز الذاتي λ ودالة β _λ الخاصة به قد تكون قريبة جدًا من الصفر عند مقياس بلانك ، مع آثار "مثيرة للاهتمام"، بما في ذلك نظريات الجاذبية والتضخم القائم على هيغز. ^{[44] : 218  [58] [59]} سيكون تصادم الإلكترون والبوزيترون في المستقبل قادرًا على توفير القياسات الدقيقة للكوارك العلوي اللازم لمثل هذه الحسابات. ^[44]

وبشكل أكثر تخمينًا، تم اقتراح مجال هيغز أيضًا باعتباره طاقة الفراغ ، والتي تسببت عند الطاقات القصوى للحظات الأولى من الانفجار العظيم في أن يكون الكون نوعًا من التناظر عديم الملامح للطاقة العالية للغاية غير المتمايزة. في هذا النوع من التكهنات، يتم تحديد المجال الموحد الوحيد لنظرية التوحيد الكبرى على أنه (أو نموذج على أساس) مجال هيغز، ومن خلال كسر التناظر المتتالي لحقل هيغز، أو بعض المجالات المماثلة، عند انتقالات الطور تنشأ القوى والحقول المعروفة حاليًا للكون. ^[60]

كما خضعت العلاقة (إن وجدت) بين مجال هيغز وكثافة طاقة الفراغ المرصودة حاليًا في الكون للدراسة العلمية. وكما لوحظ، فإن كثافة طاقة الفراغ الحالية قريبة للغاية من الصفر، ولكن كثافات الطاقة المتوقعة من مجال هيغز، والتناظر الفائق، وغيرها من النظريات الحالية تكون عادةً أكبر بكثير من حيث الحجم. ومن غير الواضح كيف يمكن التوفيق بين هذه الكثافات. وتظل مشكلة الثابت الكوني هذه مشكلة رئيسية لم تتم الإجابة عليها في الفيزياء.

المؤلفون الستة لأوراق PRL لعام 1964 ، الذين حصلوا على جائزة JJ Sakurai لعام 2010 عن عملهم؛ من اليسار إلى اليمين: كيبل ، جورالنيك ، هاجن ، إنجليرت ، بروت ؛ الصورة اليمنى: هيغز .

يدرس علماء فيزياء الجسيمات المادة المكونة من جسيمات أساسية يتم التوسط في تفاعلاتها بواسطة جسيمات التبادل - بوزونات القياس  - التي تعمل كحاملات للقوة . في بداية الستينيات، تم اكتشاف أو اقتراح عدد من هذه الجسيمات، جنبًا إلى جنب مع النظريات التي تشير إلى كيفية ارتباطها ببعضها البعض، وقد تمت إعادة صياغة بعضها بالفعل كنظريات مجال حيث لا تكون أهداف الدراسة هي الجسيمات والقوى، ولكن الحقول الكمومية وتناظراتها . ^{[61] : 150} ومع ذلك، فإن محاولات إنتاج نماذج مجال كمي لاثنتين من القوى الأساسية الأربع المعروفة - القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة - ثم توحيد هذه التفاعلات ، كانت لا تزال غير ناجحة.

كانت إحدى المشكلات المعروفة هي أن مناهج القياس الثابتة ، بما في ذلك النماذج غير الإبلية مثل نظرية يانغ-ميلز (1954)، والتي كانت تحمل وعدًا كبيرًا للنظريات الموحدة، بدت أيضًا وكأنها تتنبأ بجسيمات ضخمة معروفة على أنها عديمة الكتلة. ^{[24] كما بدا} أن نظرية جولدستون ، المتعلقة بالتناظرات المستمرة داخل بعض النظريات، تستبعد العديد من الحلول الواضحة، ^[62] حيث بدا أنها تُظهر أن الجسيمات ذات الكتلة الصفرية المعروفة باسم بوزونات جولدستون يجب أن توجد أيضًا والتي "لم تُرى" ببساطة. ^[63] وفقًا لجورالنيك ، لم يكن لدى الفيزيائيين "أي فهم" لكيفية التغلب على هذه المشاكل. ^[63]

وقد لخص عالم فيزياء الجسيمات والرياضيات بيتر وويت حالة البحث في ذلك الوقت على النحو التالي:

كان لعمل يانغ وميلز على نظرية القياس غير الإبلية مشكلة ضخمة واحدة: في نظرية الاضطراب، تحتوي على جسيمات عديمة الكتلة لا تتوافق مع أي شيء نراه. إحدى الطرق للتخلص من هذه المشكلة مفهومة جيدًا الآن، وهي ظاهرة الحبس التي تحققت في QCD ، حيث تتخلص التفاعلات القوية من حالات "الغلوون" عديمة الكتلة على مسافات طويلة. بحلول أوائل الستينيات، بدأ الناس في فهم مصدر آخر للجسيمات عديمة الكتلة: كسر التناظر التلقائي للتناظر المستمر. ما أدركه فيليب أندرسون وعمل عليه في صيف عام 1962 هو أنه عندما يكون لديك كل من التناظر القياسي وكسر التناظر التلقائي، يمكن أن يتحد وضع نامبو-جولدستون عديم الكتلة [الذي ينتج بوزونات جولدستون] مع أوضاع مجال القياس عديمة الكتلة [التي تنتج بوزونات قياس عديمة الكتلة] لإنتاج مجال متجه ضخم فيزيائي [بوزونات قياس ذات كتلة]. هذا ما يحدث في الموصلية الفائقة ، وهو الموضوع الذي كان أندرسون (ولا يزال) أحد الخبراء الرائدين فيه. ^[24] [نص مكثف]

آلية هيغز هي عملية يمكن من خلالها للبوزونات المتجهة اكتساب كتلة ساكنة دون كسر ثبات المقياس صراحةً ، كمنتج ثانوي لكسر التناظر التلقائي . ^{[64] [65]} في البداية، تم تصور النظرية الرياضية وراء كسر التناظر التلقائي ونشرها في فيزياء الجسيمات بواسطة يويتشيرو نامبو في عام 1960 ^[66] ( وتوقعها إلى حد ما إرنست ستوكلبيرج في عام 1938 ^[67] )، وكان مفهوم أن مثل هذه الآلية يمكن أن تقدم حلاً محتملاً لـ "مشكلة الكتلة" قد اقترحه في الأصل في عام 1962 فيليب أندرسون، الذي كتب سابقًا أوراقًا حول كسر التناظر ونتائجه في الموصلية الفائقة. ^[68] خلص أندرسون في ورقته البحثية لعام 1963 حول نظرية يانغ-ميلز، إلى أنه "بالنظر إلى نظير الموصل الفائق ... [ي]بدو أن هذين النوعين من البوزونات قادران على إلغاء بعضهما البعض ... تاركين بوزونات ذات كتلة محدودة")، ^{[69] [26]} وفي مارس 1964، أظهر أبراهام كلاين وبنجامين لي أن نظرية جولدستون يمكن تجنبها بهذه الطريقة في بعض الحالات غير النسبية على الأقل، وتكهنوا أنه قد يكون ذلك ممكنًا في الحالات النسبية الحقيقية. ^[25]

تم تطوير هذه الأساليب بسرعة إلى نموذج نسبي كامل ، بشكل مستقل وفي وقت واحد تقريبًا، من قبل ثلاث مجموعات من الفيزيائيين: بواسطة فرانسوا إنجليرت وروبرت بروت في أغسطس 1964؛ ^[70] بواسطة بيتر هيجز في أكتوبر 1964؛ ^[71] وجيرالد جورالنيك وكارل هاجن وتوم كيبل ( GHK) في نوفمبر 1964. ^[72] كتب هيجز أيضًا ردًا قصيرًا ولكنه مهم ^[64] نُشر في سبتمبر 1964 على اعتراض جيلبرت ، ^[73] والذي أظهر أنه في حالة الحساب داخل مقياس الإشعاع، ستصبح نظرية جولدستون واعتراض جيلبرت غير قابلين للتطبيق. ^[o] وصف هيجز لاحقًا اعتراض جيلبرت بأنه دفعه إلى كتابة ورقته الخاصة. ^[74] تمت دراسة خصائص النموذج بشكل أكبر بواسطة جورالنيك في عام 1965، ^[75] بواسطة هيجز في عام 1966، ^[76] بواسطة كيبل في عام 1967، ^[77] وبعد ذلك بواسطة جي إتش كيه في عام 1967. ^[78] أظهرت الأوراق الثلاثة الأصلية لعام 1964 أنه عندما يتم دمج نظرية القياس مع مجال قياسي مشحون إضافي يكسر التناظر تلقائيًا، فقد تكتسب بوزونات القياس باستمرار كتلة محدودة. ^{[64] [65] [79]} في عام 1967، أظهر ستيفن وينبرج ^[80] وعبد السلام ^[81] بشكل مستقل كيف يمكن استخدام آلية هيجز لكسر التناظر الكهروضعيف لنموذج شيلدون جلاشو الموحد للتفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية ، ^[82] (وهو في حد ذاته امتداد لعمل شفينجر )، مما شكل ما أصبح النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. كان وينبرج أول من لاحظ أن هذا من شأنه أيضًا أن يوفر مصطلحات الكتلة للفرميونات. ^{[83] [ص]}

في البداية، تم تجاهل هذه الأوراق البحثية الرائدة حول الكسر التلقائي لتناظرات القياس إلى حد كبير، لأنه كان يُعتقد على نطاق واسع أن النظريات (غير القياسية الإبلية) المعنية كانت طريقًا مسدودًا، وبشكل خاص أنه لا يمكن إعادة تطبيعها . في عامي 1971 و1972، أثبت مارتينوس فيلتمان وجيرارد ت هوفت إمكانية إعادة تطبيع يانغ ميلز في ورقتين بحثيتين تغطيان الحقول عديمة الكتلة، ثم الضخمة. ^[83] كانت مساهمتهما، وعمل الآخرين في مجموعة إعادة التطبيع  - بما في ذلك العمل النظري "الكبير" للفيزيائيين الروس لودفيج فاديف وأندريه سلافنوف وإفيم فرادكين وإيجور تيوتين [ ^84]  - "عميقة ومؤثرة بشكل هائل"، ^[85] ولكن حتى مع نشر جميع العناصر الرئيسية للنظرية النهائية، لم يكن هناك اهتمام أوسع تقريبًا. على سبيل المثال، وجد كولمان في دراسة أن "لا أحد تقريبًا اهتم" بورقة وينبرج قبل عام 1971 ^[86] والتي ناقشها ديفيد بوليتزر في خطابه عن جائزة نوبل عام 2004. ^[85]  - وهي الآن الأكثر استشهادًا في فيزياء الجسيمات ^[87]  - وحتى في عام 1970 وفقًا لبوليتزر، لم يتضمن تعليم جلاشو للتفاعل الضعيف أي ذكر لعمل وينبرج أو سلام أو جلاشو نفسه. ^[85] في الممارسة العملية، يذكر بوليتزر أن الجميع تقريبًا تعلموا عن النظرية بفضل الفيزيائي بنيامين لي ، الذي جمع بين عمل فيلتمان و'ت هوفت مع رؤى الآخرين، ونشر النظرية المكتملة. ^[85] وبهذه الطريقة، منذ عام 1971، "انفجر" الاهتمام والقبول ^[85] وتم استيعاب الأفكار بسرعة في التيار الرئيسي. ^{[83] [85]}

وقد تنبأت نظرية الكهروضعيفة الناتجة والنموذج القياسي بدقة (من بين أمور أخرى) بالتيارات المحايدة الضعيفة ، وثلاثة بوزونات ، وكواركات القمة والسحر ، وبدقة كبيرة، الكتلة والخصائص الأخرى لبعض هذه الجسيمات. ^[f] وقد فاز العديد من المشاركين في النهاية بجوائز نوبل أو جوائز مرموقة أخرى. وعلقت ورقة بحثية ومراجعة شاملة عام 1974 في مراجعات الفيزياء الحديثة على أنه "بينما لم يشك أحد في صحة هذه الحجج [رياضيًا]، لم يعتقد أحد أن الطبيعة كانت ذكية بما يكفي للاستفادة منها"، ^[88] مضيفًا أن النظرية أنتجت حتى الآن إجابات دقيقة تتفق مع التجربة، لكن لم يكن معروفًا ما إذا كانت النظرية صحيحة بشكل أساسي. ^[89] وبحلول عام 1986 ومرة ​​أخرى في التسعينيات، أصبح من الممكن كتابة أن فهم وإثبات قطاع هيغز في النموذج القياسي كان "المشكلة المركزية اليوم في فيزياء الجسيمات". ^{[14] [15]}

تم الاعتراف بكل من الأوراق الثلاث المكتوبة في عام 1964 كأوراق مهمة خلال احتفال مجلة Physical Review Letters بالذكرى الخمسين. ^[79] كما حصل مؤلفوها الستة على جائزة JJ Sakurai لعام 2010 لفيزياء الجسيمات النظرية عن هذا العمل. ^[90] (نشأ جدل أيضًا في نفس العام، لأنه في حالة جائزة نوبل، لا يمكن تكريم سوى ثلاثة علماء، مع منح ستة منهم الفضل في الأوراق البحثية. ^[91] ) احتوت اثنتان من أوراق PRL الثلاثة (التي كتبها هيغز وGHK) على معادلات للمجال الافتراضي الذي سيُعرف في النهاية بحقل هيغز وكمه الافتراضي ، بوزون هيغز. ^{[71] [72]} أظهرت ورقة هيغز اللاحقة عام 1966 آلية اضمحلال البوزون؛ يمكن فقط للبوزون الضخم أن يتحلل ويمكن أن تثبت الاضمحلالات الآلية. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في ورقة هيغز، كان البوزون ضخمًا، وفي الجملة الختامية كتب هيغز أن "السمة الأساسية" للنظرية "هي التنبؤ بمضاعفات غير كاملة من البوزونات القياسية والمتجهة ". ^[71] ( علق فرانك كلوز أن منظري القياس في الستينيات ركزوا على مشكلة البوزونات المتجهة عديمة الكتلة، ولم يُنظر إلى الوجود الضمني لبوزون قياسي ضخم على أنه مهم؛ فقط هيغز تناولها بشكل مباشر. ^{[92] : 154، 166، 175} ) في ورقة جي إتش كيه، كان البوزون عديم الكتلة ومنفصلًا عن الحالات الضخمة. ^[72] في المراجعات المؤرخة في عامي 2009 و2011، ذكر جورالنيك أن البوزون في نموذج جي إتش كيه يكون عديم الكتلة فقط في تقريب من الدرجة الأدنى، لكنه لا يخضع لأي قيد ويكتسب كتلة في درجات أعلى، ويضيف أن ورقة جي إتش كيه كانت الوحيدة التي أظهرت عدم وجود بوزونات جولدستون عديمة الكتلة في النموذج وأعطت تحليلاً كاملاً لآلية هيغز العامة. ^{[63] [93]} توصل الثلاثة إلى استنتاجات مماثلة، على الرغم من اختلاف مناهجهم للغاية: استخدمت ورقة هيغز بشكل أساسي التقنيات الكلاسيكية، وتضمنت ورقة إنجليرت وبروت حساب استقطاب الفراغ في نظرية الاضطراب حول حالة فراغ كاسرة للتناظر، واستخدمت جي إتش كيه صيغة المشغل وقوانين الحفظ لاستكشاف الطرق التي يمكن بها العمل حول نظرية جولدستون بعمق. ^[64] تنبأت بعض إصدارات النظرية بأكثر من نوع من حقول وبوزونات هيغز، وتم النظر في نماذج "عديمة الكتلة" البديلة حتى اكتشاف بوزون هيغز.

لإنتاج بوزونات هيغز، يتم تسريع شعاعين من الجسيمات إلى طاقات عالية جدًا ويُسمح لهما بالتصادم داخل كاشف الجسيمات . في بعض الأحيان، وإن كان نادرًا، يتم إنشاء بوزون هيغز بشكل عابر كجزء من المنتجات الثانوية للتصادم. نظرًا لأن بوزون هيغز يتحلل بسرعة كبيرة، لا تستطيع أجهزة الكشف عن الجسيمات اكتشافه بشكل مباشر. بدلاً من ذلك، تسجل أجهزة الكشف جميع منتجات الاضمحلال ( توقيع الاضمحلال ) ومن البيانات يتم إعادة بناء عملية الاضمحلال. إذا كانت منتجات الاضمحلال المرصودة تتطابق مع عملية اضمحلال محتملة (تُعرف باسم قناة الاضمحلال ) لبوزون هيغز، فهذا يشير إلى أنه ربما تم إنشاء بوزون هيغز. في الممارسة العملية، قد تنتج العديد من العمليات توقيعات اضمحلال مماثلة. لحسن الحظ، يتنبأ النموذج القياسي بدقة باحتمالية حدوث كل من هذه العمليات وكل عملية معروفة. لذلك، إذا اكتشف الكاشف المزيد من توقيعات الاضمحلال التي تتطابق باستمرار مع بوزون هيغز أكثر مما كان متوقعًا بخلاف ذلك إذا لم تكن بوزونات هيغز موجودة، فسيكون هذا دليلاً قويًا على وجود بوزون هيغز.

ولأن إنتاج بوزون هيغز في تصادم الجسيمات نادر للغاية (1 من 10 مليارات في مصادم الهدرونات الكبير)، فإن ^[q] والعديد من أحداث التصادم المحتملة الأخرى قد يكون لها توقيعات اضمحلال مماثلة، لذا فإن بيانات مئات التريليونات من التصادمات تحتاج إلى تحليل ويجب أن "تُظهِر نفس الصورة" قبل التوصل إلى استنتاج بشأن وجود بوزون هيغز. وللتوصل إلى استنتاج مفاده أن جسيمًا جديدًا قد تم العثور عليه، يتطلب فيزيائيو الجسيمات أن يشير التحليل الإحصائي لجهازين مستقلين للكشف عن الجسيمات إلى أن هناك فرصة أقل من واحد في المليون لأن توقيعات الاضمحلال المرصودة ترجع إلى مجرد أحداث عشوائية في النموذج القياسي - أي أن عدد الأحداث المرصودة يزيد عن خمسة انحرافات معيارية (سيجما) مختلفة عن العدد المتوقع إذا لم يكن هناك جسيم جديد. تتيح المزيد من بيانات التصادم تأكيدًا أفضل للخصائص الفيزيائية لأي جسيم جديد يتم رصده، وتسمح للفيزيائيين بتحديد ما إذا كان بالفعل بوزون هيغز كما وصفه النموذج القياسي أو أي جسيم جديد افتراضي آخر.

للعثور على بوزون هيغز، كان هناك حاجة إلى مسرع جسيمات قوي ، لأن بوزونات هيغز قد لا تُرى في التجارب ذات الطاقة المنخفضة. كان لابد أن يكون للمصادم سطوع عالٍ لضمان رؤية عدد كافٍ من الاصطدامات لاستخلاص النتائج. أخيرًا، كانت هناك حاجة إلى مرافق حوسبة متقدمة لمعالجة كمية هائلة من البيانات (25  بيتابايت سنويًا اعتبارًا من عام 2012) التي تنتجها الاصطدامات. ^[96] للإعلان في 4 يوليو 2012، تم بناء مصادم جديد يُعرف باسم مصادم الهدرونات الكبير في سيرن بطاقة تصادم نهائية مخطط لها تبلغ 14  تيرا إلكترون فولت  - أكثر من سبعة أضعاف أي مصادم سابق - وأكثر من 300 تريليون (3 × 10 ¹⁴ ) تم تحليل تصادمات البروتون-البروتون في LHC بواسطة شبكة الحوسبة LHC ، وهي أكبر شبكة حوسبة في العالم (اعتبارًا من عام 2012)، والتي تضم أكثر من 170 منشأة حوسبة في شبكة عالمية عبر 36 دولة. ^{[96] [97] [98]}

أُجري أول بحث موسع عن بوزون هيغز في مصادم الإلكترونات والبوزيترونات الكبير (LEP) في سيرن في تسعينيات القرن العشرين. وفي نهاية خدمته في عام 2000، لم يجد مصادم الإلكترونات والبوزيترونات الكبير أي دليل قاطع على وجود بوزون هيغز. ^[r] وهذا يعني ضمناً أنه إذا كان بوزون هيغز موجودًا، فيجب أن يكون أثقل من114.4 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ^{2. [99]}

واستمر البحث في مختبر فيرميلاب في الولايات المتحدة، حيث تم ترقية تيفاترون  ـ المصادم الذي اكتشف الكوارك الأعلى في عام 1995 ـ لهذا الغرض. ولم يكن هناك ما يضمن أن يكون تيفاترون قادراً على العثور على جسيم هيغز، ولكنه كان المصادم الفائق الوحيد الذي كان يعمل منذ أن كان مصادم الهدرونات الكبير لا يزال قيد الإنشاء، وكان المصادم الفائق الموصل المخطط له قد ألغي في عام 1993 ولم يكتمل قط. ولم يكن تيفاترون قادراً إلا على استبعاد المزيد من النطاقات لكتلة هيغز، وأغلق في 30 سبتمبر/أيلول 2011 لأنه لم يعد قادراً على مواكبة مصادم الهدرونات الكبير. واستبعد التحليل النهائي للبيانات إمكانية وجود بوزون هيغز بكتلة تتراوح بين 1000 و150 ...147 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ² و180 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ^2. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك فائض صغير (ولكن ليس مهمًا) من الأحداث التي ربما تشير إلى وجود بوزون هيغز بكتلة بين115 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ² و140 جيجا إلكترون فولت/ ثانية 2. ^{[ 100]}

تم تصميم مصادم الهدرونات الكبير في سيرن في سويسرا خصيصًا ليكون قادرًا على تأكيد أو استبعاد وجود بوزون هيغز. تم بناؤه في نفق بطول 27 كيلومترًا تحت الأرض بالقرب من جنيف كان يسكنه في الأصل مصادم الهدرونات الكبير، وقد تم تصميمه لتصادم شعاعين من البروتونات، في البداية عند طاقات 10 ...3.5 تيرا فولت لكل شعاع (7 تيرا فولت إجمالاً)، أو ما يقرب من 3.6 أضعاف تيفاترون، ويمكن ترقيته إلى 2 × 7 تيرا فولت (14 تيرا فولت إجمالاً) في المستقبل. اقترحت النظرية أنه إذا كان بوزون هيغز موجودًا، فيجب أن تكون الاصطدامات عند مستويات الطاقة هذه قادرة على الكشف عنه. وباعتبارها واحدة من أكثر الأدوات العلمية تعقيدًا التي تم بناؤها على الإطلاق، فقد تأخرت جاهزيتها التشغيلية لمدة 14 شهرًا بسبب حدث إخماد مغناطيسي بعد تسعة أيام من اختباراتها الافتتاحية، بسبب اتصال كهربائي معيب أدى إلى إتلاف أكثر من 50 مغناطيسًا فائق التوصيل وتلويث نظام الفراغ. ^{[101] [102] [103]}

أخيرًا بدأ جمع البيانات في LHC في مارس 2010. ^[104] وبحلول ديسمبر 2011، كان كاشفا الجسيمات الرئيسيان في LHC، ATLAS و CMS ، قد ضيقا نطاق الكتلة حيث يمكن أن يوجد هيغز إلى حوالي116–130 جيجا إلكترون فولت/ ^ثانية ( ATLAS) و115–127 GeV/ c ² (CMS). ^{[105] [106]} كان هناك أيضًا بالفعل عدد من الأحداث الزائدة الواعدة التي "تبخرت" وثبت أنها ليست سوى تقلبات عشوائية. ومع ذلك، منذ حوالي مايو 2011، ^[107] شهدت كلتا التجربتين من بين نتائجهما، الظهور البطيء لفائض صغير ولكنه ثابت من توقيعات اضمحلال جاما و4-ليبتون والعديد من اضمحلالات الجسيمات الأخرى، وكلها تلمح إلى جسيم جديد بكتلة حوالي125 جيجا إلكترون فولت / ثانية ^{2. [107]} بحلول شهر نوفمبر 2011 تقريبًا، كانت البيانات الشاذة فيكان 125 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ^{مربعة "كبيرًا جدًا بحيث لا يمكن تجاهله" (على الرغم من أنه لا يزال بعيدًا عن أن يكون حاسمًا)، وكان قادة الفريق في كل من ATLAS وCMS يشتبهون بشكل خاص في أنهم ربما وجدوا هيغز. [107]} في 28 نوفمبر 2011، في اجتماع داخلي لقائدي الفريقين والمدير العام لـ CERN، تمت مناقشة أحدث التحليلات خارج فرقهم لأول مرة، مما يشير إلى أن كل من ATLAS وCMS قد يتقاربان على نتيجة مشتركة محتملة في125 GeV/ c ² ، وبدأت الاستعدادات الأولية في حالة الاكتشاف الناجح. ^[107] وفي حين لم تكن هذه المعلومات معروفة للعامة في ذلك الوقت، فإن تضييق نطاق هيغز المحتمل إلى حوالي115-130 جيجا إلكترون فولت/ثانية والملاحظة المتكررة لزيادات الأحداث الصغيرة ولكن المتسقة عبر قنوات متعددة في كل من ATLAS وCMS فيكانت المنطقة 124–126 GeV/ c ² (والتي وُصفت بأنها "تلميحات مغرية" لحوالي 2–3 سيجما) معروفة للعامة و"مثيرة للاهتمام". ^[108] لذلك كان من المتوقع على نطاق واسع في نهاية عام 2011، أن يوفر LHC بيانات كافية لاستبعاد أو تأكيد اكتشاف بوزون هيغز بحلول نهاية عام 2012، عندما تم فحص بيانات تصادمهم لعام 2012 (مع طاقة تصادم أعلى قليلاً تبلغ 8 تيرا إلكترون فولت). ^{[108] [109]}

مخططات فاينمان التي توضح القنوات الأكثر نظافة المرتبطة بالكتلة المنخفضة (~125 GeV/ c 2 ) مرشح بوزون هيغز الذي رصده ATLAS و CMS في LHC . تتضمن آلية الإنتاج السائدة في هذه الكتلة اندماج غلوونين من كل بروتون لتشكيل حلقة كوارك علوية ، والتي ترتبط بقوة بحقل هيغز لإنتاج بوزون هيغز. يسار: قناة ثنائي الفوتون: يتحلل البوزون لاحقًا إلى فوتونين من أشعة جاما عن طريق التفاعل الافتراضي مع حلقة بوزون W أو حلقة كوارك علوي . يمين: "القناة الذهبية" المكونة من أربعة لبتونات: يصدر البوزون اثنين من البوزونات Z ، والتي يتحلل كل منها إلى اثنين من اللبتونات (إلكترونات، ميونات). توصل التحليل التجريبي لهذه القنوات إلى دلالة تزيد عن خمسة انحرافات معيارية (سيجما) في كلتا التجربتين. [110] [111] [112]

في 22 يونيو 2012، أعلنت سيرن عن ندوة قادمة تغطي النتائج الأولية لعام 2012، ^{[113] [114]} وبعد فترة وجيزة (منذ حوالي 1 يوليو 2012 وفقًا لتحليل الشائعة المنتشرة في وسائل التواصل الاجتماعي ^[115] ) بدأت الشائعات تنتشر في وسائل الإعلام بأن هذا سيشمل إعلانًا رئيسيًا، ولكن لم يكن من الواضح ما إذا كان هذا سيكون إشارة أقوى أو اكتشافًا رسميًا. ^{[116] [117]} تصاعدت التكهنات إلى درجة "محمومة" عندما ظهرت تقارير تفيد بأن بيتر هيجز ، الذي اقترح الجسيم، سيحضر الندوة، ^{[118] [119]} وأن "خمسة من كبار الفيزيائيين" قد تمت دعوتهم - يُعتقد عمومًا أنهم يشيرون إلى المؤلفين الخمسة الأحياء لعام 1964 - مع حضور هيجز وإنجليرت وجورالنيك وهاجن وتأكيد كيبل لدعوته (توفي بروت في عام 2011). ^[120]

في 4 يوليو 2012 أعلنت كلتا التجربتين في سيرن أنهما توصلتا بشكل مستقل إلى نفس الاكتشاف: ^[121] CMS لبوزون غير معروف سابقًا بكتلة125.3 ± 0.6 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ^{2 [122] [123]} وأطلس بوزون ذو كتلة126.0 ± 0.6 GeV/ c ² . ^{[124] [125]} باستخدام التحليل المشترك لنوعين من التفاعل (المعروفين باسم "القنوات")، وصلت كلتا التجربتين بشكل مستقل إلى أهمية محلية تبلغ 5 سيجما - مما يعني أن احتمال الحصول على نتيجة قوية بنفس القدر على الأقل بالصدفة وحدها أقل من واحد في ثلاثة ملايين. عند أخذ القنوات الإضافية في الاعتبار، انخفضت أهمية CMS إلى 4.9 سيجما. ^[123]

كان الفريقان يعملان "مغمضين" عن بعضهما البعض منذ أواخر عام 2011 أو أوائل عام 2012، ^[107] مما يعني أنهما لم يناقشا نتائجهما مع بعضهما البعض، مما يوفر يقينًا إضافيًا بأن أي نتيجة مشتركة كانت بمثابة إثبات حقيقي لجسيم ما. ^[96] هذا المستوى من الأدلة، الذي تم تأكيده بشكل مستقل من قبل فريقين وتجارب منفصلة، ​​يلبي المستوى الرسمي للإثبات المطلوب للإعلان عن اكتشاف مؤكد.

في 31 يوليو 2012، قدم تعاون ATLAS تحليل بيانات إضافيًا حول "ملاحظة جسيم جديد"، بما في ذلك البيانات من قناة ثالثة، مما أدى إلى تحسين الأهمية إلى 5.9 سيجما (فرصة 1 في 588 مليون للحصول على دليل قوي على الأقل من خلال التأثيرات الخلفية العشوائية وحدها) وكتلة 126.0 ± 0.4 (إحصاء) ± 0.4 (نظام) GeV/ c ² ، ^[125] وحسن CMS الأهمية إلى 5 سيجما وكتلة 125.3 ± 0.4 (إحصاء) ± 0.5 (نظام) GeV/ c 2. ^{[ 122]}

بعد اكتشاف عام 2012، لم يتم تأكيد ما إذا كانكان الجسيم الذي تبلغ طاقته 125 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ² عبارة عن بوزون هيغز. ومن ناحية أخرى، ظلت الملاحظات متسقة مع كون الجسيم المرصود هو بوزون هيغز في النموذج القياسي، وتحلل الجسيم إلى بعض القنوات المتوقعة على الأقل. وعلاوة على ذلك، فإن معدلات الإنتاج ونسب التفرع للقنوات المرصودة تتطابق على نطاق واسع مع توقعات النموذج القياسي ضمن عدم اليقين التجريبي. ومع ذلك، فإن عدم اليقين التجريبي لا يزال يترك مجالًا حاليًا لتفسيرات بديلة، مما يعني أن الإعلان عن اكتشاف بوزون هيغز كان ليكون سابقًا لأوانه. ^[126] ولإتاحة المزيد من الفرص لجمع البيانات، تم تأجيل إغلاق LHC المقترح في عام 2012 والترقية في عامي 2013-2014 لمدة سبعة أسابيع حتى عام 2013. ^[127]

في نوفمبر 2012، في مؤتمر في كيوتو، قال الباحثون إن الأدلة التي تم جمعها منذ يوليو كانت تتوافق مع النموذج القياسي الأساسي أكثر من بدائله، مع مجموعة من النتائج لعدة تفاعلات تتطابق مع توقعات تلك النظرية. ^[128] سلط الفيزيائي مات ستراسلر الضوء على أدلة "كبيرة" على أن الجسيم الجديد ليس جسيمًا زائفًا سلبي التكافؤ (متوافقًا مع هذا الاكتشاف المطلوب لبوزون هيغز)، "التبخر" أو عدم وجود أهمية متزايدة للتلميحات السابقة لنتائج غير النموذج القياسي، والتفاعلات المتوقعة للنموذج القياسي مع بوزونات W وZ ، وغياب "الآثار الجديدة المهمة" لصالح أو ضد التناظر الفائق ، وبشكل عام لا توجد انحرافات كبيرة حتى الآن عن النتائج المتوقعة من بوزون هيغز النموذجي القياسي. ^[s] ومع ذلك، فإن بعض أنواع الامتدادات للنموذج القياسي ستظهر أيضًا نتائج مماثلة جدًا؛ ^[130] لذلك لاحظ المعلقون أنه بناءً على الجسيمات الأخرى التي لا تزال قيد الفهم بعد فترة طويلة من اكتشافها، فقد يستغرق الأمر سنوات للتأكد، وعقودًا لفهم الجسيم الذي تم العثور عليه بشكل كامل. ^{[128] [س]}

تعني هذه النتائج أنه اعتبارًا من يناير 2013، كان العلماء متأكدين تمامًا من أنهم عثروا على جسيم غير معروف من الكتلة ~ 125 GeV/ c ² ، ولم يضللهم خطأ تجريبي أو نتيجة عشوائية. كما كانوا متأكدين، من الملاحظات الأولية، من أن الجسيم الجديد كان نوعًا من البوزون. كما بدت سلوكيات وخصائص الجسيم، حتى الآن كما تم فحصها منذ يوليو 2012، قريبة جدًا من السلوكيات المتوقعة من بوزون هيغز. ومع ذلك، لا يزال من الممكن أن يكون بوزون هيغز أو أي بوزون آخر غير معروف، حيث يمكن أن تظهر الاختبارات المستقبلية سلوكيات لا تتطابق مع بوزون هيغز، لذلك اعتبارًا من ديسمبر 2012، لا تزال سيرن تذكر فقط أن الجسيم الجديد "متسق مع" بوزون هيغز، ^{[30] [32]} ولم يصرح العلماء بعد بشكل إيجابي أنه كان بوزون هيغز. ^[131] وعلى الرغم من ذلك، في أواخر عام 2012، أعلنت تقارير إعلامية واسعة النطاق (بشكل غير صحيح) أنه تم تأكيد وجود بوزون هيغز خلال العام. ^[137]

في يناير 2013، صرح المدير العام لمنظمة سيرن رولف ديتر هوير أنه بناءً على تحليل البيانات حتى الآن، قد تكون الإجابة ممكنة "نحو" منتصف عام 2013، ^[138] وصرح نائب رئيس الفيزياء في مختبر بروكهافن الوطني في فبراير 2013 أن الإجابة "النهائية" قد تتطلب "بضع سنوات أخرى" بعد إعادة تشغيل المصادم في عام 2015. [ ^139] في أوائل مارس 2013، صرح مدير أبحاث سيرن سيرجيو بيرتولوتشي أن تأكيد الدوران 0 كان المتطلب الرئيسي المتبقي لتحديد ما إذا كان الجسيم هو على الأقل نوعًا من بوزون هيغز. ^[140]

في 14 مارس 2013 أكدت منظمة سيرن ما يلي:

لقد قارنت CMS وATLAS عددًا من الخيارات لتكافؤ الدوران لهذا الجسيم، وكلها تفضل عدم وجود دوران أو تكافؤ متساوي [وهما معياران أساسيان لبوزون هيغز يتوافقان مع النموذج القياسي]. وهذا، إلى جانب التفاعلات المقاسة للجسيم الجديد مع الجسيمات الأخرى، يشير بقوة إلى أنه بوزون هيغز. ^[7]

وهذا يجعل الجسيم أيضًا أول جسيم قياسي أولي يتم اكتشافه في الطبيعة. ^[33]

وفيما يلي أمثلة للاختبارات المستخدمة لتأكيد أن الجسيم المكتشف هو بوزون هيغز: ^{[s] [13]}

متطلبات	كيف تم الاختبار / شرح	الحالة الحالية (حتى يوليو 2017 [update])
صفر دوران	فحص أنماط الاضمحلال. تم استبعاد الدوران 1 في وقت الاكتشاف الأولي من خلال الاضمحلال الملحوظ إلى فوتونين ( γ γ )، مما يجعل الدوران 0 والدوران 2 مرشحين متبقيين.	تم تأكيد Spin-0. [8] [7] [141] [142] تم استبعاد فرضية Spin-2 بمستوى ثقة يتجاوز 99.9%. [142]
التكافؤ المتساوي (الإيجابي)	دراسة الزوايا التي تتطاير عندها منتجات الاضمحلال. كما تم رفض التكافؤ السلبي إذا تم تأكيد الدوران 0. [143]	تم تأكيد التكافؤ المتساوي مبدئيًا. [7] [141] [142] تم استبعاد فرضية التكافؤ السالب ذات الدوران 0 بمستوى ثقة يتجاوز 99.9%. [141] [8]
قنوات الاضمحلال (نتائج تحلل الجسيمات) كما هو متوقع	يتنبأ النموذج القياسي بأنماط الاضمحلال لـ125 GeV/ c 2 بوزون هيغز. هل يتم رصد كل هذه الجسيمات، وبالمعدلات الصحيحة؟ ومن الأهمية بمكان أن نلاحظ التحلل إلى أزواج من الفوتونات (γ γ)، وبوزونات W وZ (W −  W + وZ Z)، والكواركات السفلية (b  b )، وليبتونات تاو (τ − τ + )، من بين النتائج المحتملة.	b  b وγ γ وτ −  τ + وW −  W + وZ Z التي تم رصدها. جميع قوى الإشارة التي تم رصدها متوافقة مع تنبؤات النموذج القياسي. [144] [35]
الأزواج إلى الكتلة (أي قوة التفاعل مع جسيمات النموذج القياسي متناسبة مع كتلتها)	يذكر عالم فيزياء الجسيمات آدم فالكوفسكي أن الصفات الأساسية لبوزون هيغز هي أنه جسيم ذو دوران 0 (سلمي) يقترن أيضًا بالكتلة (بوزونات W و Z)؛ وإثبات الدوران 0 وحده غير كافٍ. [13]	تم إثبات الارتباطات بالكتلة بقوة ("عند مستوى ثقة 95%، تكون c V ضمن 15% من قيمة النموذج القياسي c V = 1"). [13]
تظل نتائج الطاقة الأعلى ثابتة	بعد إعادة تشغيل مصادم الهدرونات الكبير في عام 2015 عند طاقة أعلى تبلغ 13 تيرا إلكترون فولت، استمرت عمليات البحث عن جسيمات هيغز المتعددة (كما تنبأت بعض النظريات) والاختبارات التي تستهدف إصدارات أخرى من نظرية الجسيمات. ولابد أن تستمر نتائج الطاقة الأعلى هذه في إعطاء نتائج متسقة مع نظريات هيغز.	لا يظهر تحليل الاصطدامات حتى يوليو 2017 أي انحرافات عن النموذج القياسي، حيث كانت الدقة التجريبية أفضل من النتائج عند الطاقات المنخفضة. [35]

في يوليو 2017، أكدت سيرن أن جميع القياسات لا تزال تتفق مع تنبؤات النموذج القياسي، وأطلقت على الجسيم المكتشف ببساطة "بوزون هيغز". ^[35] اعتبارًا من عام 2019، استمر مصادم الهدرونات الكبير في إنتاج نتائج تؤكد فهم عام 2013 لحقل هيغز والجسيم. ^{[147] [148]}

وقد تضمن العمل التجريبي لمصادم الهدرونات الكبير منذ إعادة تشغيله في عام 2015 فحص مجال هيغز والبوزون بمستوى أكبر من التفصيل، والتأكد من صحة التنبؤات الأقل شيوعًا. وعلى وجه الخصوص، قدمت الاستكشافات منذ عام 2015 أدلة قوية على التحلل المباشر المتوقع إلى فرميونات مثل أزواج الكواركات السفلية (3.6 σ) - والتي وصفت بأنها "معلم مهم" في فهم عمرها القصير والتحللات النادرة الأخرى - وأيضًا لتأكيد التحلل إلى أزواج من لبتونات تاو (5.9 σ). وقد وصفت سيرن هذا بأنه "ذو أهمية قصوى لإثبات اقتران بوزون هيغز بالليبتونات ويمثل خطوة مهمة نحو قياس اقترانه بالجيل الثالث من الفرميونات، النسخ الثقيلة جدًا من الإلكترونات والكواركات، والتي يعد دورها في الطبيعة لغزًا عميقًا". ^[35] النتائج المنشورة اعتبارًا من 19 مارس 2018 عند 13 تيرا إلكترون فولت لـ ATLAS وCMS كان لديهما قياسات لكتلة هيغز عند124.98 ± 0.28 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ² و125.26 ± 0.21 جيجا إلكترون فولت/ ^ثانية على التوالي.

في يوليو 2018، أفادت تجارب ATLAS وCMS بملاحظة تحلل بوزون هيغز إلى زوج من الكواركات السفلية، والتي تشكل ما يقرب من 60% من جميع تحللاته. ^{[149] [150] [151]}

ثبات القياس هو خاصية مهمة لنظريات الجسيمات الحديثة مثل النموذج القياسي ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى نجاحه في مجالات أخرى من الفيزياء الأساسية مثل الكهرومغناطيسية والتفاعل القوي ( الكروموديناميكا الكمومية ). ومع ذلك، قبل أن يوسع شيلدون جلاشو نماذج توحيد الكهروضعيفة في عام 1961، كانت هناك صعوبات كبيرة في تطوير نظريات القياس للقوة النووية الضعيفة أو تفاعل كهروضعيف موحد محتمل . من شأن الفرميونات ذات حد الكتلة أن تنتهك تماثل القياس وبالتالي لا يمكن أن تكون ثابتة القياس. (يمكن ملاحظة ذلك من خلال فحص ديراك لاغرانجيان للفرميون من حيث المكونات اليسرى واليمنى؛ نجد أنه لا يمكن لأي من جسيمات نصف الدوران أن تقلب الحلزونية كما هو مطلوب للكتلة، لذلك يجب أن تكون عديمة الكتلة. ^[t] ) لوحظ أن بوزونات W وZ لها كتلة، لكن حد كتلة البوزون يحتوي على حدود تعتمد بوضوح على اختيار المقياس، وبالتالي لا يمكن أن تكون هذه الكتل أيضًا ثابتة القياس. لذلك، يبدو أنه لا يمكن لأي من الفرميونات أو البوزونات النموذجية القياسية أن "تبدأ" بالكتلة كخاصية مدمجة إلا بالتخلي عن ثبات القياس. وإذا كان من المقرر الاحتفاظ بثبات القياس، فلابد أن تكتسب هذه الجسيمات كتلتها من خلال آلية أو تفاعل آخر.

بالإضافة إلى ذلك، بدا أن الحلول القائمة على كسر التناظر التلقائي قد فشلت، وهو ما يبدو نتيجة حتمية لنظرية جولدستون . ولأنه لا توجد تكلفة طاقة محتملة للتحرك حول "الوادي الدائري" للمستوى المركب المسؤول عن كسر التناظر التلقائي، فإن الإثارة الكمية الناتجة هي طاقة حركية نقية، وبالتالي بوزون عديم الكتلة ("بوزون جولدستون")، مما يعني بدوره قوة جديدة طويلة المدى. ولكن لم يتم اكتشاف أي قوى جديدة طويلة المدى أو جسيمات عديمة الكتلة أيضًا. لذا فإن أي شيء كان يعطي هذه الجسيمات كتلتها كان لا بد أن لا "يكسر" ثبات المقياس كأساس لأجزاء أخرى من النظريات حيث نجح بشكل جيد، وكان لا بد أن لا يتطلب أو يتنبأ بجسيمات عديمة الكتلة غير متوقعة أو قوى طويلة المدى والتي لا يبدو أنها موجودة بالفعل في الطبيعة.

جاء حل كل هذه المشاكل المتداخلة من اكتشاف حالة حدودية لم يتم ملاحظتها من قبل مخبأة في رياضيات نظرية جولدستون، ^[o] أنه في ظل ظروف معينة قد يكون من الممكن نظريًا كسر التناظر دون الإخلال بثبات القياس ودون أي جسيمات أو قوى جديدة عديمة الكتلة، والحصول على نتائج "معقولة" ( قابلة لإعادة التطبيع ) رياضيًا. أصبح هذا معروفًا باسم آلية هيغز .

يفترض النموذج القياسي مجالًا مسؤولًا عن هذا التأثير، يُسمى مجال هيغز (الرمز: )، والذي يتمتع بخاصية غير عادية وهي سعة غير صفرية في حالته الأساسية ؛ أي قيمة توقع فراغ غير صفرية . يمكن أن يكون له هذا التأثير بسبب إمكاناته غير العادية على شكل "القبعة المكسيكية" والتي لا تقع أدنى "نقطة" منها في "مركزه". وبعبارات بسيطة، على عكس جميع المجالات الأخرى المعروفة، يتطلب مجال هيغز طاقة أقل للحصول على قيمة غير صفرية من قيمة صفرية، لذلك ينتهي به الأمر بالحصول على قيمة غير صفرية في كل مكان . أسفل مستوى طاقة مرتفع للغاية معين، يؤدي وجود توقع الفراغ غير الصفري هذا إلى كسر تماثل مقياس الكهروضعيف تلقائيًا مما يؤدي بدوره إلى ظهور آلية هيغز ويحفز اكتساب الكتلة بواسطة تلك الجسيمات التي تتفاعل مع المجال. يحدث هذا التأثير لأن مكونات المجال القياسي لحقل هيغز "تمتصها" البوزونات الضخمة كدرجات حرية ، وترتبط بالفرميونات عبر اقتران يوكاوا ، وبالتالي تنتج مصطلحات الكتلة المتوقعة. عندما ينكسر التناظر في ظل هذه الظروف، تتفاعل بوزونات غولدستون التي تنشأ مع مجال هيغز (ومع الجسيمات الأخرى القادرة على التفاعل مع مجال هيغز) بدلاً من أن تصبح جسيمات جديدة عديمة الكتلة. تعمل المشاكل المستعصية لكلا النظريتين الأساسيتين على "تحييد" بعضها البعض، والنتيجة المتبقية هي أن الجسيمات الأولية تكتسب كتلة ثابتة بناءً على مدى قوة تفاعلها مع مجال هيغز. إنها أبسط عملية معروفة قادرة على إعطاء كتلة لبوزونات القياس مع الحفاظ على التوافق مع نظريات القياس . ^[152] سيكون كمها بوزونًا قياسيًا ، يُعرف باسم بوزون هيغز. ^[153]${\displaystyle \phi }$

نشأت آلية هيغز المقترحة نتيجة لنظريات مقترحة لتفسير الملاحظات في الموصلية الفائقة . لا يسمح الموصل الفائق بالاختراق بواسطة المجالات المغناطيسية الخارجية ( تأثير مايسنر ). تشير هذه الملاحظة الغريبة إلى أنه بطريقة ما، يصبح المجال الكهرومغناطيسي قصير المدى أثناء هذه الظاهرة. نشأت نظريات ناجحة لتفسير هذا خلال الخمسينيات من القرن العشرين، أولاً للفيرميونات ( نظرية جينزبرج-لانداو ، 1950)، ثم للبوزونات ( نظرية BCS ، 1957).

في هذه النظريات، يتم تفسير الموصلية الفائقة على أنها ناشئة عن مجال مكثف مشحون . في البداية، لا تمتلك قيمة المكثف أي اتجاه مفضل، مما يعني أنها قياسية، لكن طورها قادر على تحديد مقياس، في نظريات المجال القائمة على القياس. للقيام بذلك، يجب أن يكون المجال مشحونًا. يجب أن يكون المجال القياسي المشحون معقدًا أيضًا (أو بطريقة أخرى، يحتوي على مكونين على الأقل، وتماثل قادر على تدوير كل منهما في الآخر (الآخرين)). في نظرية القياس الساذجة، عادةً ما يؤدي تحويل مقياس المكثف إلى تدوير الطور. ولكن في هذه الظروف، فإنه يحدد بدلاً من ذلك اختيارًا مفضلًا للطور. ومع ذلك، اتضح أن تحديد اختيار المقياس بحيث يكون للمكثف نفس الطور في كل مكان يتسبب أيضًا في اكتساب المجال الكهرومغناطيسي حدًا إضافيًا. يتسبب هذا الحد الإضافي في أن يصبح المجال الكهرومغناطيسي قصير المدى.

^{وبمجرد أن لفتت هذه النظرية الانتباه في إطار فيزياء الجسيمات، أصبحت أوجه التشابه واضحة. وكان تغيير المجال الكهرومغناطيسي الطويل المدى عادة ليصبح قصير المدى، في إطار نظرية ثابتة للمقياس، هو التأثير المطلوب بالضبط الذي تم البحث عنه بالنسبة لبوزونات القوة الضعيفة (لأن القوة الطويلة المدى تحتوي على بوزونات مقياس عديمة الكتلة، والقوة القصيرة المدى تعني وجود بوزونات مقياس ضخمة، مما يشير إلى أن نتيجة هذا التفاعل هي أن بوزونات مقياس المجال اكتسبت كتلة، أو تأثيرًا مشابهًا ومكافئًا )} . كما تم تحديد سمات المجال المطلوب للقيام بذلك بشكل جيد للغاية - يجب أن يكون مجالًا قياسيًا مشحونًا، مع مكونين على الأقل، ومعقدًا لدعم التناظر القادر على تدويرهما في بعضهما البعض.

النموذج القياسي الأدنى كما هو موضح أعلاه هو أبسط نموذج معروف لآلية هيغز بحقل هيغز واحد فقط. ومع ذلك، من الممكن أيضًا وجود قطاع هيغز ممتد مع ثنائيات أو ثلاثيات جسيمات هيغز إضافية، والعديد من امتدادات النموذج القياسي لديها هذه الميزة. قطاع هيغز غير الأدنى المفضل من الناحية النظرية هو نماذج ثنائيات هيغز (2HDM)، والتي تتنبأ بوجود خماسية من الجسيمات القياسية: بوزونات هيغز محايدة CP-زوجية h ⁰ و H ⁰ ، وبوزون هيغز محايد CP-فردي A ⁰ ، وجسيمان هيغز مشحونان H ^± . تتنبأ التناظر الفائق ("SUSY") أيضًا بالعلاقات بين كتل بوزون هيغز وكتل بوزونات القياس، ويمكن أن تستوعب125 GeV/ c2 بوزون هيغز محايد ^.

الطريقة الرئيسية للتمييز بين هذه النماذج المختلفة تتضمن دراسة تفاعلات الجسيمات ("الاقتران") وعمليات الاضمحلال الدقيقة ("نسب التفرع")، والتي يمكن قياسها واختبارها تجريبياً في تصادمات الجسيمات. في نموذج 2HDM من النوع الأول، يقترن ثنائي هيغز بكواركات علوية وسفلية، بينما لا يقترن الثنائي الثاني بالكواركات. يحتوي هذا النموذج على حدين مثيرين للاهتمام، حيث يقترن أخف جسيم هيغز بالفرميونات فقط (" رهاب القياس ") أو بوزونات عيارية فقط ("رهاب الفرميو")، ولكن ليس كلاهما. في نموذج 2HDM من النوع الثاني، يقترن ثنائي هيغز واحد فقط بالكواركات من النوع العلوي، بينما يقترن الآخر فقط بالكواركات من النوع السفلي. ^{[154] يتضمن} نموذج المعيار الفائق التناظر الأدنى الذي تم البحث فيه بشكل مكثف قطاع هيغز من النوع الثاني 2HDM، لذلك يمكن دحضه من خلال دليل على وجود هيغز من النوع الأول 2HDM. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في نماذج أخرى، يكون مقياس هيغز جسيمًا مركبًا. على سبيل المثال، في تقنية الألوان، يلعب دور حقل هيغز أزواج من الفرميونات المرتبطة بقوة والتي تسمى تكنيكواركات . تتميز نماذج أخرى بأزواج من الكواركات العلوية (انظر مكثف الكوارك العلوي ). في نماذج أخرى، لا يوجد حقل هيغز على الإطلاق ويتم كسر التناظر الكهروضعيف باستخدام أبعاد إضافية. ^{[155] [156]}

يترك النموذج القياسي كتلة بوزون هيغز كمعامل يجب قياسه، وليس قيمة يجب حسابها. ويُنظر إلى هذا على أنه غير مرضٍ من الناحية النظرية، وخاصة أن التصحيحات الكمومية (المتعلقة بالتفاعلات مع الجسيمات الافتراضية ) من المفترض أن تتسبب في أن يكون لجسيم هيغز كتلة أعلى بكثير من تلك المرصودة، ولكن في الوقت نفسه يتطلب النموذج القياسي كتلة من رتبة 100 إلى 1000 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ^مربعة لضمان الوحدة (في هذه الحالة، لتوحيد تشتت البوزون المتجه الطولي). ^[157] يبدو أن التوفيق بين هذه النقاط يتطلب تفسير سبب وجود إلغاء شبه مثالي يؤدي إلى الكتلة المرئية لـ ~ 125 GeV/ c ² ، وليس من الواضح كيفية القيام بذلك. نظرًا لأن القوة الضعيفة أقوى من الجاذبية بحوالي 10 ³² مرة، و(مرتبطة بهذا) كتلة بوزون هيغز أقل بكثير من كتلة بلانك أو طاقة التوحيد الكبرى ، يبدو أنه إما أن هناك بعض الارتباط الأساسي أو سبب لهذه الملاحظات غير معروف وغير موصوف في النموذج القياسي، أو بعض الضبط الدقيق غير المفسر والدقيق للغاية للمعلمات - ومع ذلك في الوقت الحاضر لم يتم إثبات أي من هذه التفسيرات. يُعرف هذا باسم مشكلة التسلسل الهرمي . ^[158] وعلى نطاق أوسع، ترقى مشكلة التسلسل الهرمي إلى القلق من أن النظرية المستقبلية للجسيمات والتفاعلات الأساسية لا ينبغي أن يكون لها ضبط دقيق مفرط أو إلغاءات دقيقة بشكل غير ملائم، ويجب أن تسمح بحساب كتل الجسيمات مثل بوزون هيغز. المشكلة فريدة من نوعها في بعض النواحي بالنسبة لجسيمات الدوران 0 (مثل بوزون هيغز)، والتي يمكن أن تؤدي إلى ظهور قضايا تتعلق بالتصحيحات الكمومية التي لا تؤثر على الجسيمات ذات الدوران. ^[157] تم اقتراح عدد من الحلول ، بما في ذلك التناظر الفائق والحلول المطابقة والحلول عبر أبعاد إضافية مثل نماذج عالم الغشاء .

هناك أيضًا قضايا تتعلق بالتفاهة الكمومية ، والتي تشير إلى أنه قد لا يكون من الممكن إنشاء نظرية مجال كمي متسقة تتضمن جسيمات قياسية أولية. ^[159] يمكن استخدام قيود التفاهة لتقييد أو التنبؤ بمعلمات مثل كتلة بوزون هيغز. يمكن أن يؤدي هذا أيضًا إلى كتلة هيغز يمكن التنبؤ بها في سيناريوهات الأمان المقاربة .

في النموذج القياسي، يعد مجال هيغز مجالًا تاكيونيًا قياسيًا - يعني قياسي أنه لا يتحول تحت تحويلات لورنتز ، وتاكيونيًا يعني أن المجال (ولكن ليس الجسيم) له كتلة وهمية ، وفي تكوينات معينة يجب أن يخضع لكسر التناظر . يتكون من أربعة مكونات: اثنان محايدان واثنان من حقول المكونات المشحونة . كل من المكونات المشحونة وواحد من الحقول المحايدة هي بوزونات جولدستون ، والتي تعمل كمكونات استقطاب ثالث طولية للبوزونات الضخمة W ⁺ و W ⁻ و Z. تتوافق كمية المكون المحايد المتبقي مع (وتتحقق نظريًا على أنها) بوزون هيغز الضخم. ^[160] يمكن لهذا المكون التفاعل مع الفرميونات عبر اقتران يوكاوا لمنحها كتلة أيضًا.

رياضيًا، يمتلك مجال هيغز كتلة وهمية وبالتالي فهو مجال تاكيوني . ^[v] في حين أن التاكيونات ( الجسيمات التي تتحرك أسرع من الضوء ) هي مفهوم افتراضي بحت، فقد أصبحت المجالات ذات الكتلة الوهمية تلعب دورًا مهمًا في الفيزياء الحديثة. ^{[162] [163]} لا تنتشر أي إثارات أسرع من الضوء تحت أي ظرف من الظروف في مثل هذه النظريات - ليس لوجود أو غياب كتلة تاكيونية أي تأثير على السرعة القصوى للإشارات (لا يوجد انتهاك للسببية ). ^[164] بدلاً من الجسيمات الأسرع من الضوء، تخلق الكتلة الوهمية عدم استقرار: يجب أن يتحلل أي تكوين يكون فيه أحد أو أكثر من إثارات المجال تاكيونية تلقائيًا، ولا يحتوي التكوين الناتج على تاكيونات فيزيائية. تُعرف هذه العملية باسم تكاثف التاكيون ، ويُعتقد الآن أنها التفسير لكيفية نشوء آلية هيغز نفسها في الطبيعة، وبالتالي السبب وراء كسر التناظر الكهروضعيف.

على الرغم من أن فكرة الكتلة التخيلية قد تبدو مزعجة، إلا أن المجال فقط، وليس الكتلة نفسها، هو الذي يتم تحديد كميته. لذلك، لا يزال مشغلو المجال عند نقاط منفصلة تشبه المكان يتبادلون (أو يتبادلون عكسيًا) ، ولا تزال المعلومات والجسيمات لا تنتشر بسرعة أكبر من الضوء. ^[165] يدفع تكاثف التاكيونات نظامًا فيزيائيًا وصل إلى حد محلي - وقد نتوقع بشكل ساذج أن ينتج تاكيونات فيزيائية - إلى حالة مستقرة بديلة حيث لا توجد تاكيونات فيزيائية. بمجرد أن يصل المجال التاكيوني مثل مجال هيغز إلى الحد الأدنى من الإمكانات، فإن كمياته لم تعد تاكيونات بل هي جسيمات عادية مثل بوزون هيغز. ^[166]

This section needs to be updated. The reason given is: With the Higgs boson now empirically confirmed, the paragraphs on the mass should be rephrased to make it clear that they are about what could be predicted before that observation. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (July 2018)

نظرًا لأن مجال هيغز قياسي ، فإن بوزون هيغز ليس له دوران . كما أن بوزون هيغز هو جسيم مضاد لنفسه ، وهو متساوي الشحنة ، وله شحنة كهربائية ولونية صفرية . ^[167]

لا يتنبأ النموذج القياسي بكتلة بوزون هيغز. ^[168] إذا كانت تلك الكتلة بين115 و 180 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ² (متوافق مع الملاحظات التجريبية لـ125 GeV/ ^c2 ) ، ثم يمكن أن يكون النموذج القياسي صالحًا على مقاييس الطاقة حتى مقياس بلانك (10 ¹⁹  جيجا إلكترون فولت/ ثانية ² ). ^[169] يجب أن يكون الجسيم الوحيد في النموذج القياسي الذي يظل ضخمًا حتى عند الطاقات العالية. يتوقع العديد من المنظرين ظهور فيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي عند مقياس تيرا إلكترون فولت، بناءً على خصائص غير مرضية للنموذج القياسي. ^[170] أعلى مقياس كتلة ممكن مسموح به لبوزون هيغز (أو بعض آليات كسر التناظر الكهروضعيف الأخرى) هو 1.4 تيرا إلكترون فولت؛ بعد هذه النقطة، يصبح النموذج القياسي غير متسق بدون مثل هذه الآلية، لأن الوحدة تنتهك في بعض عمليات التشتت. ^[171]

من الممكن أيضًا، على الرغم من صعوبة ذلك تجريبيًا، تقدير كتلة بوزون هيغز بشكل غير مباشر: في النموذج القياسي، يكون لبوزون هيغز عدد من التأثيرات غير المباشرة؛ وأبرزها أن حلقات هيغز تؤدي إلى تصحيحات صغيرة لكتل ​​البوزونات W وZ. يمكن استخدام القياسات الدقيقة لمعلمات الكهروضعيفة، مثل ثابت فيرمي وكتل البوزونات W وZ، لحساب القيود المفروضة على كتلة هيغز. اعتبارًا من يوليو 2011، تخبرنا القياسات الدقيقة للكهروضعيفة أن كتلة بوزون هيغز من المرجح أن تكون أقل من حوالي161 GeV/ c ² عند مستوى ثقة 95% . ^[w] تعتمد هذه القيود غير المباشرة على افتراض أن النموذج القياسي صحيح. قد يظل من الممكن اكتشاف بوزون هيغز أعلى من هذه الكتل، إذا كان مصحوبًا بجسيمات أخرى تتجاوز تلك التي يستوعبها النموذج القياسي. ^[173]

لا يستطيع مصادم الهدرونات الكبير قياس عمر بوزون هيغز بشكل مباشر، وذلك بسبب قصره الشديد. ومن المتوقع أن يكون1.56 × 10 ⁻²²  ثانية بناءً على عرض الاضمحلال المتوقع لـ4.07 × 10 ⁻³  GeV . ^[2] ومع ذلك، يمكن قياسها بشكل غير مباشر، بناءً على مقارنة الكتل المقاسة من الظواهر الكمومية التي تحدث في مسارات إنتاج الغلاف وفي مسارات إنتاج الغلاف الأكثر ندرة ، والمستمدة من اضمحلال داليتز عبر فوتون افتراضي (H → γ*γ → ℓℓγ) . باستخدام هذه التقنية، تم قياس عمر بوزون هيغز مبدئيًا في عام 2021 على أنه 1.2 -4.6 × 10 ⁻²²  ثانية ، عند سيجما 3.2 (1 في 1000) أهمية. ^{[3] [4]}

مخططات فاينمان لإنتاج هيغز

اندماج الغلوون	جسيمات هيغز
اندماج البوزون المتجه	قمة الاندماج

إذا كانت نظريات جسيمات هيغز صحيحة، فيمكن إنتاج جسيم هيغز مثل الجسيمات الأخرى التي تتم دراستها، في تصادم الجسيمات . يتضمن هذا تسريع عدد كبير من الجسيمات إلى طاقات عالية للغاية وقريبة للغاية من سرعة الضوء ، ثم السماح لها بالاصطدام ببعضها البعض. تُستخدم البروتونات وأيونات الرصاص ( النوى العارية لذرات الرصاص ) في LHC. في الطاقات القصوى لهذه التصادمات، سيتم إنتاج الجسيمات الباطنية المرغوبة أحيانًا ويمكن اكتشافها ودراستها؛ يمكن أيضًا استخدام أي غياب أو اختلاف عن التوقعات النظرية لتحسين النظرية. ستحدد نظرية الجسيمات ذات الصلة (في هذه الحالة النموذج القياسي) أنواع التصادمات والكاشفات اللازمة. يتنبأ النموذج القياسي بإمكانية تشكل بوزونات هيغز بعدة طرق، ^{[94] [174] [175]} على الرغم من أن احتمالية إنتاج بوزون هيغز في أي تصادم من المتوقع دائمًا أن تكون صغيرة جدًا - على سبيل المثال، بوزون هيغز واحد فقط لكل 10 مليارات تصادم في مصادم الهدرونات الكبير. ^[q] العمليات المتوقعة الأكثر شيوعًا لإنتاج بوزون هيغز هي:

اندماج الغلوون

إذا كانت الجسيمات المتصادمة عبارة عن هادرونات مثل البروتون أو البروتون المضاد  - كما هو الحال في LHC و Tevatron - فمن المرجح أن يصطدم اثنان من الغلوونات التي تربط الهادرون معًا. أسهل طريقة لإنتاج جسيم هيغز هي إذا اتحد الغلوونان لتكوين حلقة من الكواركات الافتراضية . نظرًا لأن اقتران الجسيمات ببوزون هيغز يتناسب مع كتلتها، فإن هذه العملية أكثر احتمالية للجسيمات الثقيلة. في الممارسة العملية ، يكفي النظر في مساهمات الكواركات العلوية والسفلية الافتراضية (أثقل الكواركات). هذه العملية هي المساهمة السائدة في LHC و Tevatron حيث تكون احتمالية حدوثها أكبر بحوالي عشر مرات من أي من العمليات الأخرى. ^{[94] [174]}

جسيمات هيغز

إذا اصطدم فرميون أولي بمضاد فرميون - على سبيل المثال، كوارك مع مضاد كوارك أو إلكترون مع بوزيترون -  يمكن أن يندمج الاثنان لتكوين بوزون W أو Z افتراضي، والذي إذا حمل طاقة كافية، يمكنه بعد ذلك إصدار بوزون هيغز. كانت هذه العملية هي وضع الإنتاج السائد في LEP، حيث اصطدم إلكترون وبوزيترون لتكوين بوزون Z افتراضي، وكانت ثاني أكبر مساهمة في إنتاج هيغز في تيفاترون. في LHC هذه العملية هي ثالث أكبر عملية فقط، لأن LHC يصطدم بالبروتونات مع البروتونات، مما يجعل تصادم الكوارك والكوارك المضاد أقل احتمالية مما هو الحال في تيفاترون. يُعرف أيضًا باسم الإنتاج المرتبط بـ Higgs Strahlung . ^{[94] [174] [175]}

اندماج البوزون الضعيف

هناك احتمال آخر عندما يصطدم فرميونان مضادان، وهو أن يتبادلا بوزون W أو Z افتراضي، والذي يصدر بوزون هيغز. لا يلزم أن يكون الفرميونان المتصادمان من نفس النوع. على سبيل المثال، قد يتبادل كوارك علوي بوزون Z مع كوارك سفلي مضاد. هذه العملية هي ثاني أهم عملية لإنتاج جسيم هيغز في LHC وLEP. ^{[94] [175]}

قمة الاندماج

العملية الأخيرة التي تعتبر عادة هي الأقل احتمالاً (بمقدار مرتبتين من حيث الحجم). تتضمن هذه العملية تصادم غلوونين، يتحلل كل منهما إلى زوج ثقيل من الكوارك والكوارك المضاد. يمكن بعد ذلك أن يتحد الكوارك والكوارك المضاد من كل زوج لتكوين جسيم هيغز. ^{[94] [174]}

تتنبأ ميكانيكا الكم بأنه إذا كان من الممكن لجسيم أن يتحلل إلى مجموعة من الجسيمات الأخف وزناً، فإنه سيفعل ذلك في النهاية. ^[176] وهذا صحيح أيضاً بالنسبة لبوزون هيغز. تعتمد احتمالية حدوث ذلك على مجموعة متنوعة من العوامل بما في ذلك: الفرق في الكتلة، وقوة التفاعلات، وما إلى ذلك. معظم هذه العوامل ثابتة بواسطة النموذج القياسي، باستثناء كتلة بوزون هيغز نفسه. بالنسبة لبوزون هيغز بكتلة125 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ^2، يتنبأ النموذج القياسي بمتوسط ​​عمر يبلغ حوالي1.6 × 10 ⁻²²  ثانية . ^[ب]

نظرًا لأنه يتفاعل مع جميع الجسيمات الأولية الضخمة في النموذج القياسي، فإن بوزون هيغز لديه العديد من العمليات المختلفة التي يمكن أن يتحلل من خلالها. ولكل من هذه العمليات المحتملة احتمالها الخاص، والذي يتم التعبير عنه بنسبة التفرع ؛ وهي نسبة العدد الإجمالي للتحلل الذي يتبع هذه العملية. ويتنبأ النموذج القياسي بهذه النسب المتفرعة كدالة لكتلة هيغز (انظر الرسم البياني).

إحدى الطرق التي يمكن أن يتحلل بها هيغز هي الانقسام إلى زوج فرميون-مضاد فرميون. وكقاعدة عامة، من المرجح أن يتحلل هيغز إلى فرميونات ثقيلة أكثر من فرميونات خفيفة، لأن كتلة الفرميون تتناسب طرديًا مع قوة تفاعله مع هيغز. ^[126] وفقًا لهذا المنطق، يجب أن يكون التحلل الأكثر شيوعًا إلى زوج كوارك علوي -مضاد علوي. ومع ذلك، لن يكون مثل هذا التحلل ممكنًا إلا إذا كان هيغز أثقل من ~346 GeV/ c ² ، ضعف كتلة الكوارك العلوي. بالنسبة لكتلة هيغز البالغة125 GeV/ c ² يتوقع النموذج القياسي أن الاضمحلال الأكثر شيوعًا هو زوج كوارك سفلي -مضاد سفلي، والذي يحدث بنسبة 57.7٪ من الوقت. ^[2] ثاني أكثر اضمحلال فرميون شيوعًا عند تلك الكتلة هو زوج تاو -مضاد تاو، والذي يحدث بنسبة 6.3٪ فقط من الوقت. ^[2]

هناك احتمال آخر وهو أن ينقسم جسيم هيغز إلى زوج من بوزونات القياس الضخمة. والاحتمال الأكثر ترجيحًا هو أن يتحلل جسيم هيغز إلى زوج من بوزونات W (الخط الأزرق الفاتح في الرسم البياني)، وهو ما يحدث في حوالي 21.5% من الوقت لبوزون هيغز بكتلة 10 ...125 GeV/ c ² . ^[2] يمكن أن تتحلل بوزونات W لاحقًا إما إلى كوارك وكوارك مضاد أو إلى لبتون مشحون ونيوترينو. من الصعب التمييز بين تحلل بوزونات W إلى كواركات من الخلفية، ولا يمكن إعادة بناء التحللات إلى لبتونات بالكامل (لأنه من المستحيل اكتشاف النيوترينوات في تجارب تصادم الجسيمات). يتم إعطاء إشارة أنظف عن طريق التحلل إلى زوج من بوزونات Z (يحدث ذلك في حوالي 2.6٪ من الوقت لجسيم هيغز بكتلة 10 ...125 GeV/ c2 )، ^[2] إذا تحلل كل من البوزونات لاحقًا إلى زوج من اللبتونات المشحونة التي يسهل اكتشافها ( ^{إلكترونات} أو ميونات ) .

التحلل إلى بوزونات مقياس عديمة الكتلة (أي الغلوونات أو الفوتونات ) ممكن أيضًا، لكنه يتطلب حلقة وسيطة من الكواركات الثقيلة الافتراضية (العلوية أو السفلية) أو بوزونات مقياس ضخمة. ^[126] العملية الأكثر شيوعًا هي التحلل إلى زوج من الغلوونات من خلال حلقة من الكواركات الثقيلة الافتراضية. تحدث هذه العملية، التي هي عكس عملية اندماج الغلوونات المذكورة أعلاه، بنسبة 8.6٪ تقريبًا من الوقت لبوزون هيغز بكتلة 10 ...125 جيجا إلكترون فولت/ ثانية ^{2. [2]} ومن النادر جدًا أن يحدث التحلل إلى زوج من الفوتونات بوساطة حلقة من بوزونات W أو الكواركات الثقيلة، وهو ما يحدث مرتين فقط لكل ألف تحلل. ^[2] ومع ذلك، فإن هذه العملية ذات صلة كبيرة بالبحث التجريبي عن بوزون هيغز، لأن طاقة وزخم الفوتونات يمكن قياسهما بدقة شديدة، مما يعطي إعادة بناء دقيقة لكتلة الجسيم المتحلل. ^[126]

في عام 2021، تم رصد تحلل داليتز النادر للغاية بشكل مبدئي، ^{[ بحاجة لمصدر ]} إلى لبتونات (إلكترون أو ميون) وفوتون (ℓℓγ)، عبر تحلل الفوتون الافتراضي . يمكن أن يحدث هذا بثلاث طرق؛ هيغز إلى فوتون افتراضي إلى ℓℓγ حيث يكون للفوتون الافتراضي (γ*) كتلة صغيرة جدًا ولكنها غير صفرية، هيغز إلى بوزون Z إلى ℓℓγ، أو هيغز إلى لبتوناتين، يصدر أحدهما فوتونًا في الحالة النهائية يؤدي إلى ℓℓγ. بحثت ATLAS عن دليل على الأول من هذه (H → γ*γ → ℓℓγ) عند كتلة ثنائية لبتون منخفضة (≤30 GeV/ c ² ) حيث يجب أن تهيمن هذه العملية. الملاحظة ذات دلالة سيجما 3.2 (1 في 1000). ^{[3] [4]} يعد مسار الاضمحلال هذا مهمًا لأنه يسهل قياس كتلة بوزون هيغز الموجودة على الرف وخارجه (مما يسمح بالقياس غير المباشر لوقت الاضمحلال)، كما يسمح الاضمحلال إلى جسيمين مشحونين باستكشاف اقتران الشحنة وانتهاك تكافؤ الشحنة (CP) . ^[4]

الاسم الأكثر ارتباطًا بالجسيم والحقل هو بوزون هيغز ^{[92] : 168} وحقل هيغز. لبعض الوقت، كان الجسيم معروفًا بمزيج من أسماء مؤلفي PRL (بما في ذلك أندرسون في بعض الأحيان)، على سبيل المثال جسيم بروت-إنجلرت-هيغز، أو جسيم أندرسون-هيغز، أو آلية إنجلرت-براوت-هيغز-جورالنيك-هاجن-كيبل، ^[x] ولا تزال هذه تُستخدم في بعض الأحيان. ^{[64] [179]} وبسبب قضية الاعتراف وجائزة نوبل المشتركة المحتملة، ^{[179] [180]} كان الاسم الأكثر ملاءمة لا يزال موضوعًا للنقاش أحيانًا حتى عام 2013. ^[179] فضل هيغز نفسه تسمية الجسيم إما باختصار لجميع المشاركين، أو "البوزون القياسي"، أو "ما يسمى بجسيم هيغز". ^[180]

كُتب قدر كبير عن كيفية استخدام اسم هيغز حصريًا. يتم تقديم تفسيرين رئيسيين. الأول هو أن هيغز اتخذ خطوة كانت فريدة من نوعها أو أوضح أو أكثر صراحة في ورقته في التنبؤ رسميًا وفحص الجسيم. من بين مؤلفي أوراق PRL، فقط ورقة هيغز قدمت صراحةً تنبؤًا بوجود جسيم ضخم وحساب بعض خصائصه؛ ^{[181] [92] : 167} وبالتالي كان "أول من افترض وجود جسيم ضخم" وفقًا لمجلة Nature . ^[179] علق الفيزيائي والمؤلف فرانك كلوز والفيزيائي والمدون بيتر وويت على أن ورقة GHK اكتملت أيضًا بعد تقديم هيغز وبرووت-إنجلرت إلى Physical Review Letters ، ^{[182] [92] : 167} وأن هيغز وحده لفت الانتباه إلى بوزون قياسي ضخم متوقع ، بينما ركز الآخرون جميعًا على بوزونات المتجهات الضخمة . ^{[182] [92] : 154,166,175} وبهذه الطريقة، قدمت مساهمة هيغز أيضًا للمختبرين "هدفًا ملموسًا" حاسمًا ضروريًا لاختبار النظرية. ^[183]

ومع ذلك، من وجهة نظر هيغز، لم يذكر بروت وإنجليرت البوزون صراحةً لأن وجوده واضح تمامًا في عملهما، ^{[69] : 6} بينما وفقًا لجورالنيك كانت ورقة جي إتش كيه تحليلًا كاملاً لآلية كسر التناظر بأكملها والتي غابت صرامتها الرياضية عن الورقتين الأخريين، وقد يوجد جسيم ضخم في بعض الحلول. ^{[93] : 9} قدمت ورقة هيغز أيضًا بيانًا "حادًا بشكل خاص" للتحدي وحله وفقًا للمؤرخ العلمي ديفيد كايزر. ^[180]

التفسير البديل هو أن الاسم انتشر في سبعينيات القرن العشرين بسبب استخدامه كاختصار مناسب أو بسبب خطأ في الاستشهاد. العديد من الروايات ( بما في ذلك رواية هيغز ^{[69] : 7} ) تنسب اسم "هيغز" إلى الفيزيائي بنيامين لي . ^[y] كان لي من أهم المروجين للنظرية في أيامها الأولى، وكان عادةً ما يستخدم اسم "هيجز" كـ"اختصار ملائم" لمكوناتها منذ عام 1972، ^{[17] [179] [184] [185] [186]} وفي حالة واحدة على الأقل منذ عام 1966. ^[187] وعلى الرغم من أن لي أوضح في حواشيه أن ""هيجز"" اختصار لـ هيجز، كيبل، جورالنيك، هاجن، بروت، إنجليرت"، ^[184] فإن استخدامه للمصطلح (وربما أيضًا الاستشهاد الخاطئ من قبل ستيفن وينبرج بورقة هيجز باعتبارها الأولى في ورقته البحثية الرائدة عام 1967 ^{[92] [188] [187]} ) يعني أنه بحلول عامي 1975 و1976 تقريبًا بدأ آخرون أيضًا في استخدام اسم "هيجز" حصريًا كاختصار. ^[z] في عام 2012، أيد الفيزيائي فرانك ويلكزيك ، الذي يُنسب إليه تسمية الجسيم الأولي، الأكسيون (بدلاً من اقتراح بديل "هيجليت"، من قبل وينبرج)، اسم "بوزون هيغز"، قائلاً "التاريخ معقد، وأينما ترسم الخط، سيكون هناك شخص ما أسفله مباشرة". ^[180]

غالبًا ما يُشار إلى بوزون هيغز باسم "جسيم الإله" في وسائل الإعلام الشعبية خارج المجتمع العلمي. ^{[189] [190] [191] [192] [193]} يأتي اللقب من عنوان كتاب عام 1993 عن بوزون هيغز وفيزياء الجسيمات، جسيم الإله: إذا كان الكون هو الجواب، فما هو السؤال؟ من تأليف الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء ومدير مختبر فيرمي لاب ليون ليدرمان . ^[28] كتب ليدرمان هذا الكتاب في سياق فشل دعم الحكومة الأمريكية لمصادم الجسيمات الفائق الموصلية ، ^[194] وهو منافس عملاق تم بناؤه جزئيًا ^{[195] [196]} لمصادم الهدرونات الكبير بطاقة تصادم مخطط لها تبلغ 2 × 20 تيرا إلكترون فولت والذي دافع عنه ليدرمان منذ إنشائه عام 1983 ^{[194] [aa] [197] [198]} وأغلق في عام 1993. سعى الكتاب جزئيًا إلى تعزيز الوعي بأهمية مثل هذا المشروع والحاجة إليه في مواجهة خسارته المحتملة للتمويل. ^[199] كتب ليدرمان، الباحث الرائد في هذا المجال، أنه أراد أن يسمي كتابه الجسيم اللعين: إذا كان الكون هو الإجابة، فما هو السؤال؟ قرر محرر ليدرمان أن العنوان مثير للجدل للغاية وأقنعه بتغيير العنوان إلى الجسيم الإلهي: إذا كان الكون هو الإجابة، فما هو السؤال؟ ^[200]

في حين أن استخدام وسائل الإعلام لهذا المصطلح ربما ساهم في زيادة الوعي والاهتمام، ^[201] يشعر العديد من العلماء أن الاسم غير مناسب ^{[17] [18] [202]} لأنه مبالغة مثيرة ويضلل القراء؛ ^{[203] كما} أن الجسيم لا علاقة له بأي إله، ويترك العديد من الأسئلة المفتوحة في الفيزياء الأساسية ، ولا يفسر الأصل النهائي للكون . ورد أن هيغز ، الملحد ، كان مستاءً وذكر في مقابلة عام 2008 أنه وجده "محرجًا" لأنه "نوع من سوء الاستخدام [...] والذي أعتقد أنه قد يسيء إلى بعض الناس". ^{[203] [204] [205]} كما تم السخرية من اللقب في وسائل الإعلام الرئيسية أيضًا. ^[206] ذكر الكاتب العلمي إيان سامبل في كتابه الصادر عام 2010 عن البحث أن اللقب "مكروه عالميًا" من قبل علماء الفيزياء وربما يكون "الأكثر سخرية" في تاريخ الفيزياء ، ولكن (وفقًا لليدرمان) رفض الناشر جميع الألقاب التي تذكر "هيجز" باعتبارها غير مبتكرة وغير معروفة للغاية. ^[207] 

يبدأ ليديرمان بمراجعة البحث البشري الطويل عن المعرفة، ويوضح أن عنوانه الساخر يرسم تشابهًا بين تأثير مجال هيغز على التناظرات الأساسية عند الانفجار العظيم ، والفوضى الواضحة للهياكل والجسيمات والقوى والتفاعلات التي نتجت وشكلت كوننا الحالي، مع القصة التوراتية لبابل حيث تفتتت اللغة الوحيدة البدائية في سفر التكوين المبكر إلى العديد من اللغات والثقافات المتباينة. ^[208]

اليوم  [...] لدينا النموذج القياسي، الذي يختزل كل الواقع إلى اثني عشر جسيمًا أو نحو ذلك وأربع قوى  [...] إنها بساطة اكتسبناها بشق الأنفس [و] دقيقة بشكل ملحوظ. لكنها أيضًا غير مكتملة، وفي الواقع، غير متسقة داخليًا  [...] هذا البوزون محوري للغاية لحالة الفيزياء اليوم، وحاسم للغاية لفهمنا النهائي لبنية المادة، ومع ذلك فهو بعيد المنال، لدرجة أنني أطلقت عليه لقبًا: الجسيم الإلهي. لماذا الجسيم الإلهي؟ لسببين. الأول، أن الناشر لن يسمح لنا بتسميته الجسيم اللعين، على الرغم من أن هذا قد يكون عنوانًا أكثر ملاءمة، نظرًا لطبيعته الشريرة والتكاليف التي يسببها. والثاني، هناك صلة، من نوع ما، بكتاب آخر ، أقدم بكثير ...

-  ليدرمان وتيريسي ^{[28] : 22}

يتساءل ليديرمان عما إذا كان بوزون هيغز قد أضيف فقط لحيرة وإرباك أولئك الذين يسعون إلى معرفة الكون، وما إذا كان علماء الفيزياء سوف يصابون بالحيرة بسببه كما ورد في تلك القصة، أو ما إذا كانوا سيتغلبون في النهاية على التحدي ويفهمون "كم هو جميل الكون [الذي صنعه الله]". ^[209]

أسفرت مسابقة إعادة التسمية التي نظمتها صحيفة الجارديان البريطانية في عام 2009 عن اختيار مراسلها العلمي لاسم " بوزون زجاجة الشمبانيا " كأفضل اسم: "يتخذ قاع زجاجة الشمبانيا شكل جهد هيغز ويُستخدم غالبًا كتوضيح في محاضرات الفيزياء. لذا فهو ليس اسمًا فخمًا محرجًا، بل إنه اسم لا يُنسى، وله بعض الارتباط بالفيزياء أيضًا". ^[210] تم اقتراح اسم هيغز أيضًا، في مقال رأي في منشور معهد الفيزياء على الإنترنت physicsworld.com . ^[211]

كان هناك قدر كبير من النقاش العام حول القياسات والتفسيرات لجسيم هيغز وكيف يخلق المجال الكتلة، ^{[212] [213]} بما في ذلك تغطية محاولات التفسير في حد ذاتها والمنافسة في عام 1993 لأفضل تفسير شعبي من قبل وزير العلوم البريطاني آنذاك السير ويليام والديجريف ^[214] والمقالات في الصحف في جميع أنحاء العالم.

تشير دراسة تعاونية تعليمية تضم فيزيائيًا من LHC ومعلمًا من مدرسة ثانوية في سيرن إلى أن تشتت الضوء  - المسؤول عن قوس قزح والمنشور المشتت  - هو تشبيه مفيد لكسر تماثل مجال هيغز وتأثير التسبب في الكتلة. ^[215]

كسر التماثل في البصريات	في الفراغ، ينتقل الضوء من جميع الألوان (أو الفوتونات من جميع الأطوال الموجية ) بنفس السرعة ، وهو وضع متماثل. في بعض المواد مثل الزجاج أو الماء أو الهواء، ينكسر هذا التناظر (انظر: الفوتونات في المادة ) . والنتيجة هي أن الضوء من أطوال موجية مختلفة له سرعات مختلفة .
كسر التناظر في فيزياء الجسيمات	في نظريات القياس "الساذجة"، تكون بوزونات القياس والجسيمات الأساسية الأخرى عديمة الكتلة ـ وهو موقف متماثل أيضاً. ولكن في وجود مجال هيغز ينكسر هذا التماثل. والنتيجة هي أن الجسيمات من أنواع مختلفة سوف يكون لها كتل مختلفة.

يستخدم مات ستراسلر المجالات الكهربائية كقياس: ^[216]

تتفاعل بعض الجسيمات مع مجال هيغز في حين لا يتفاعل البعض الآخر. وتتصرف الجسيمات التي تشعر بمجال هيغز كما لو كانت تمتلك كتلة. ويحدث شيء مماثل في المجال الكهربائي ــ حيث تجذب الأجسام المشحونة وتستطيع الأجسام المحايدة أن تبحر من خلالها دون أن تتأثر. لذا يمكنك أن تفكر في البحث عن هيغز باعتباره محاولة لإحداث موجات في مجال هيغز [ إنشاء بوزونات هيغز ] لإثبات وجوده بالفعل.

وقد قدمت صحيفة الجارديان تفسيرًا مشابهًا : ^[217]

إن بوزون هيغز هو في الأساس تموج في مجال يُقال أنه نشأ عند ولادة الكون ويمتد عبر الكون حتى يومنا هذا ... ومع ذلك فإن الجسيم حاسم: فهو الدليل القاطع المطلوب لإثبات صحة النظرية.

وقد وصف الفيزيائي ديفيد ميلر تأثير مجال هيغز على الجسيمات بأنه أشبه بغرفة مليئة بعمال الحزب السياسي المنتشرين بالتساوي في جميع أنحاء الغرفة: ينجذب الحشد نحو المشاهير ويبطئ حركتهم ولكنه لا يبطئ حركة الآخرين. ^[ab] كما لفت الانتباه إلى التأثيرات المعروفة في فيزياء الحالة الصلبة حيث يمكن أن تكون الكتلة الفعالة للإلكترون أكبر بكثير من المعتاد في وجود شبكة بلورية. ^[218]

إن القياسات القائمة على تأثيرات السحب ، بما في ذلك القياسات الخاصة بـ " الشراب " أو " الدبس "، معروفة أيضًا، ولكنها قد تكون مضللة إلى حد ما حيث قد يُفهم (بشكل غير صحيح) على أنها تقول إن مجال هيغز يقاوم ببساطة حركة بعض الجسيمات ولكن ليس حركة البعض الآخر - يمكن أن يتعارض التأثير المقاوم البسيط أيضًا مع قانون نيوتن الثالث . ^[220]

من الشائع أن يُساء فهم بوزون هيغز على أنه المسؤول عن الكتلة، وليس مجال هيغز، وأنه يتعلق بمعظم الكتلة في الكون. ^{[221] [222] [223]}

كانت هناك مناقشة كبيرة قبل أواخر عام 2013 حول كيفية توزيع الفضل إذا ثبت وجود بوزون هيغز، وقد تم تحديد ذلك بشكل أكثر تحديدًا نظرًا لأنه كان من المتوقع أن يتم منح جائزة نوبل ، والقاعدة العريضة جدًا من الأشخاص الذين يحق لهم النظر في أمرهم. ويشمل ذلك مجموعة من المنظرين الذين جعلوا نظرية آلية هيغز ممكنة، والمنظرين الذين قدموا أوراق PRL لعام 1964 (بما في ذلك هيغز نفسه)، والمنظرين الذين استنبطوا من هذه الأوراق نظرية الكهروضعيفة العاملة والنموذج القياسي نفسه، وكذلك التجريبيين في سيرن وغيرها من المؤسسات الذين جعلوا من الممكن إثبات وجود مجال هيغز والبوزون في الواقع. جائزة نوبل لها حد أقصى لثلاثة أشخاص لتقاسم الجائزة، وبعض الفائزين المحتملين هم بالفعل حاملو جوائز عن أعمال أخرى، أو متوفون (الجائزة تُمنح فقط للأشخاص في حياتهم). تشمل الجوائز الحالية للأعمال المتعلقة بحقل هيغز أو البوزون أو الآلية ما يلي:

• جائزة نوبل في الفيزياء (1979) - جلاشو ، سلام ، ووينبرج ، لمساهماتهم في نظرية التفاعل الضعيف والكهرومغناطيسي الموحد بين الجسيمات الأولية ^[224]
• جائزة نوبل في الفيزياء (1999) - هوفت وفيلتمان ، لتوضيح البنية الكمومية للتفاعلات الكهروضعيفة في الفيزياء [ ^225]
• جائزة جيه جيه ساكوراي للفيزياء النظرية للجسيمات (2010) - هاجن، وإنجليرت، وجورالنيك، وهيجز، وبراوت، وكيبل، لتوضيح خصائص كسر التناظر التلقائي في نظرية القياس النسبية رباعية الأبعاد وآلية التوليد المتسق لكتل ​​البوزونات المتجهة ^[90] (عن الأوراق البحثية لعام 1964 الموصوفة أعلاه)
• جائزة وولف (2004) – إنجلرت وبروت وهيجز
• جائزة الاختراق الخاصة في الفيزياء الأساسية (2013) - فابيولا جيانوتي وبيتر جيني ، المتحدثون باسم تعاون أطلس وميشيل ديلا نيجرا وتيجيندر سينغ فيردي وجيدو تونيلي وجوزيف إنكانديلا المتحدثون السابقون والحاليون عن تعاون سي إم إس، "لدورهم القيادي في المساعي العلمية التي أدت إلى اكتشاف جسيم جديد يشبه هيغز من خلال تعاون أطلس وسي إم إس في مصادم الهدرونات الكبير التابع لمنظمة سيرن". ^[226]
• جائزة نوبل في الفيزياء (2013) - بيتر هيجز وفرانسوا إنجليرت ، لاكتشافهما النظري لآلية تساهم في فهمنا لأصل كتلة الجسيمات دون الذرية، والتي تم تأكيدها مؤخرًا من خلال اكتشاف الجسيم الأساسي المتوقع، من خلال تجارب ATLAS وCMS في مصادم الهدرونات الكبير التابع لمنظمة سيرن ^[227]

توفي الباحث المشارك مع إنجليرت روبرت بروت في عام 2011 ، ولا تُمنح جائزة نوبل عادةً بعد الوفاة . ^[228]

بالإضافة إلى ذلك، اعترفت مراجعة 50 عامًا لمجلة Physical Review Letters (2008) بأوراق كسر التناظر PRL لعام 1964 وورقة Weinberg لعام 1967 نموذج اللبتونات (الورقة الأكثر استشهادًا في فيزياء الجسيمات، اعتبارًا من عام 2012) "رسائل مهمة". ^[87]

في أعقاب الملاحظة المبلغ عنها لجسيم يشبه هيغز في يوليو 2012، أفادت العديد من وسائل الإعلام الهندية عن إهمال مزعوم للفضل للفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوس الذي سميت فئة الجسيمات " البوزونات " على اسمه بسبب عمله في عشرينيات القرن العشرين ^{[229] [230]} (على الرغم من أن الفيزيائيين وصفوا ارتباط بوس بالاكتشاف بأنه ضعيف). ^[231]

في النموذج القياسي، حقل هيغز هو حقل قياسي مكون من أربعة مكونات يشكل ثنائيًا معقدًا من تماثل الدوران المتساوي الضعيف SU(2):

${\displaystyle \phi ={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left({\begin{array}{c}\phi ^{1}+i\phi ^{2}\\\phi ^{0}+i\phi ^{3}\end{array}}\right)\ ,}$

في حين أن المجال لديه شحنة +1/2⁠ تحت تماثل الشحنة الضعيفة U(1). ^[232]

ملاحظة: تستخدم هذه المقالة اتفاقية القياس حيث تكون الشحنة الكهربائية، Q ، والدوران المتساوي الضعيف ، T ₃ ، والشحنة الفائقة الضعيفة، Y _W ، مرتبطة بـ Q = T ₃ + Y _W. اتفاقية مختلفة مستخدمة في معظم مقالات ويكيبيديا الأخرى هي Q = T ₃ + ⁠1/2⁠ Y _W. ^{[233] [234] [235} ]

الجزء هيغز من لاجرانج هو ^[232]

${\displaystyle {\mathcal {L}}_{\text{H}}=\left|\left(\partial _{\mu }-igW_{\mu \,a}{\tfrac {1}{2}}\sigma ^{a}-i{\tfrac {1}{2}}g'B_{\mu }\right)\phi \right|^{2}+\mu _{\text{H}}^{2}\phi ^{\dagger }\phi -\lambda \left(\phi ^{\dagger }\phi \right)^{2}\ ,}$

حيث و هي بوزونات القياس لتناظرات SU(2) و U(1)، وثوابت اقترانها على التوالي ، هي مصفوفات باولي (مجموعة كاملة من مولدات تناظر SU(2))، و و ، بحيث تكسر الحالة الأرضية تناظر SU(2) (انظر الشكل). ${\displaystyle W_{\mu \,a}}$${\displaystyle B_{\mu }}$${\displaystyle g}$${\displaystyle g'}$${\displaystyle \sigma ^{a}}$${\displaystyle \lambda >0}$${\displaystyle \mu _{\text{H}}^{2}>0}$

الحالة الأرضية لحقل هيغز (أسفل الجهد) متدهورة مع حالات أرضية مختلفة مرتبطة ببعضها البعض من خلال تحويل مقياس SU(2). من الممكن دائمًا اختيار مقياس بحيث يكون في الحالة الأرضية . تكون القيمة المتوقعة لـ في الحالة الأرضية ( قيمة التوقع في الفراغ أو VEV) هي ، حيث . القيمة المقاسة لهذه المعلمة هي ~${\displaystyle \phi ^{1}=\phi ^{2}=\phi ^{3}=0}$${\displaystyle \phi ^{0}}$${\displaystyle \left\langle \phi ^{0}\right\rangle ={\tfrac {1}{\sqrt {2\,}}}v}$${\displaystyle v={\tfrac {1}{\sqrt {\lambda \,}}}\left|\mu _{\text{H}}\right|}$246 جيجا إلكترون فولت/ ثانية 2. ^{[ 126]} لها وحدات كتلة، وهي المعلمة الحرة الوحيدة في النموذج القياسي التي ليست عددًا بلا أبعاد. تنشأ الحدود التربيعية في و ، والتي تعطي كتلًا لبوزونات W وZ: ^[232]${\displaystyle W_{\mu }}$${\displaystyle B_{\mu }}$

${\displaystyle {\begin{aligned}m_{\text{W}}&={\tfrac {1}{2}}v\left|\,g\,\right|\ ,\\m_{\text{Z}}&={\tfrac {1}{2}}v{\sqrt {g^{2}+{g'}^{2}\ }}\ ,\end{aligned}}}$

مع تحديد نسبتهما لزاوية وينبرج ،، ويتركان فوتون U(1) عديم الكتلة ،. كتلة بوزون هيغز نفسه تعطى بواسطة ${\textstyle \cos \theta _{\text{W}}={\frac {m_{\text{W}}}{\ m_{\text{Z}}\ }}={\frac {\left|\,g\,\right|}{\ {\sqrt {g^{2}+{g'}^{2}\ }}\ }}}$${\displaystyle \gamma }$

${\displaystyle m_{\text{H}}={\sqrt {2\mu _{\text{H}}^{2}\ }}\equiv {\sqrt {2\lambda v^{2}\ }}.}$

تتفاعل الكواركات واللبتونات مع مجال هيغز من خلال شروط تفاعل يوكاوا :

${\displaystyle {\begin{aligned}{\mathcal {L}}_{\text{Y}}=&-\lambda _{u}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{0}-i\phi ^{3}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {u}}_{\text{L}}^{i}u_{\text{R}}^{j}+\lambda _{u}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{1}-i\phi ^{2}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {d}}_{\text{L}}^{i}u_{\text{R}}^{j}\\&-\lambda _{d}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{0}+i\phi ^{3}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {d}}_{\text{L}}^{i}d_{\text{R}}^{j}-\lambda _{d}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{1}+i\phi ^{2}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {u}}_{\text{L}}^{i}d_{\text{R}}^{j}\\&-\lambda _{e}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{0}+i\phi ^{3}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {e}}_{\text{L}}^{i}e_{\text{R}}^{j}-\lambda _{e}^{i\,j}{\frac {\ \phi ^{1}+i\phi ^{2}\ }{\sqrt {2\ }}}{\overline {\nu }}_{\text{L}}^{i}e_{\text{R}}^{j}+{\textrm {h.c.}}\ ,\end{aligned}}}$

حيث أن الكواركات واللبتونات اليسرى واليمنى من الجيل الأول ، هي مصفوفات اقترانات يوكاوا حيث يشير hc إلى المرافقة الهرميتية لجميع الحدود السابقة. في حالة كسر التناظر، تبقى الحدود المحتوية فقط ، مما يؤدي إلى ظهور حدود كتلة للفرميونات. عند تدوير حقول الكواركات واللبتونات إلى القاعدة حيث تكون مصفوفات اقترانات يوكاوا قطرية، نحصل على ${\displaystyle (d,u,e,\nu )_{\text{L,R}}^{i}}$${\displaystyle \lambda _{\text{u,d,e}}^{i\,j}}$${\displaystyle \phi ^{0}}$

${\displaystyle {\mathcal {L}}_{\text{m}}=-m_{\text{u}}^{i}{\overline {u}}_{\text{L}}^{i}u_{\text{R}}^{i}-m_{\text{d}}^{i}{\overline {d}}_{\text{L}}^{i}d_{\text{R}}^{i}-m_{\text{e}}^{i}{\overline {e}}_{\text{L}}^{i}e_{\text{R}}^{i}+{\textrm {h.c.}},}$

حيث تكون كتل الفرميونات هي ، و تشير إلى القيم الذاتية لمصفوفات يوكاوا. ^[232]${\displaystyle m_{\text{u,d,e}}^{i}={\tfrac {1}{\sqrt {2\ }}}\lambda _{\text{u,d,e}}^{i}v}$${\displaystyle \lambda _{\text{u,d,e}}^{i}}$