希格斯玻色子是粒子物理学标准模型中的一种基本玻色子。它是希格斯场的量子激发；这个场即使在空无一物的空间中也具有非零值，并使许多基本粒子获得质量。2012年，欧洲核子研究组织的ATLAS和CMS实验发现了希格斯玻色子，为电弱理论的一个核心要素提供了实验证实。该粒子的质量约为125 GeV/c²，自旋为零，这使它有别于其他已知的基本粒子。(home.cern)
场与质量的产生
在量子场论中，粒子是相应场的激发。因此，希格斯场并不是一群分布在空间中的希格斯玻色子：它持续存在的背景值与激发它所产生的短寿命粒子，是同一个场的不同表现。发现这种粒子后，人们便能够通过实验检验该场的相互作用。(home.cern)
希格斯机制又称布劳特–恩格勒–希格斯机制，解释了W和Z玻色子如何在电弱相互作用中获得质量。由于自发对称性破缺，场的最低能量构型并不呈现基本方程所具有的全部对称性。W和Z粒子与这一背景的相互作用使它们获得质量，同时保留了理论的规范结构。光子则仍然没有质量。(home.cern)
物质粒子，即费米子，通过与希格斯场的另一类相互作用获得质量，这种相互作用称为汤川相互作用。在标准模型中，汤川耦合越强，粒子的质量就越大。涉及顶夸克、底夸克和τ轻子的测量，已在实验上证实了这些重物质粒子具有这一关系。然而，该理论并不能预测为什么各粒子的耦合强度恰好具有观测到的数值。(home.cern)
并非所有质量都来自希格斯场。质子或中子的大部分质量源于强相互作用的动力学过程，而不是直接来自其组成夸克的质量。因此，声称希格斯玻色子“赋予万物质量”，既混淆了粒子与其对应的场，也混淆了基本粒子的质量与复合物质的质量。(home.web.cern.ch)
理论起源
1964年，弗朗索瓦·恩格勒与罗伯特·布劳特、彼得·希格斯，以及杰拉尔德·古拉尔尼克、卡尔·理查德·哈庚与汤姆·基布尔，分别提出了相关方案，解释粒子如何在规范理论中获得质量。这些工作确立了后来成为电弱标准模型核心的机制。与之相关的粒子后来被称为希格斯玻色子。(indico.cern.ch)
这一机制预言了一种可通过实验探测的标量粒子，但没有确定它的质量。因此，搜寻工作必须考察一系列可能的质量和衰变信号。在该粒子最终被发现后，恩格勒和希格斯凭借其在理解亚原子粒子质量起源方面的理论贡献，共同获得了2013年诺贝尔物理学奖。(home.cern)
实验发现
2012年7月4日，ATLAS和CMS合作组宣布，各自在欧洲核子研究组织的大型强子对撞机（LHC）上观测到了一个质量约为125–126 GeV的新粒子。两组报告的信号都达到了约五个标准差的发现阈值。最初的公告将其描述为与理论预言的希格斯玻色子相符的粒子，而没有声称它的全部性质均已得到确认。(home.cern)
希格斯玻色子衰变得极快，无法在探测器中留下可直接观测的径迹。实验转而测量其衰变产物，并重建这些产物的总不变质量。如果在同一质量附近出现的事例数明显超过预期背景，就构成了产生母粒子的证据。发现过程中两种尤为重要的信号，是衰变为两个光子，以及经由Z玻色子衰变为四个轻子。(home.web.cern.ch)
超出背景的信号有多大显著性，需要用统计学来评估。在给定的统计假设下，五个标准差对应的背景涨落概率约为三百五十万分之一；它并不代表整个理论为假的概率。对衰变产物方向的进一步分析确立了该粒子自旋为零的性质。到2013年3月，累积的证据已支持将其认定为希格斯玻色子。(home.web.cern.ch)
性质、产生与衰变
观测到的希格斯玻色子的电荷为零，内禀角动量（即自旋）也为零。其寿命约为10⁻²²秒量级。它的质量必须通过测量确定；相比之下，只要给定质量及其他模型参数，就可以在标准模型框架内计算其产生和衰变性质。(home.web.cern.ch)
在大型强子对撞机上，主要的产生过程是胶子融合，这一过程主要由顶夸克圈图介导。其他重要过程包括W或Z玻色子融合，以及与W或Z玻色子或顶夸克伴随产生。研究这些不同过程，有助于区分并测量希格斯粒子的各类相互作用。(atlas.cern)
对于质量约为125 GeV/c²的希格斯玻色子，标准模型预言约58%会衰变为底夸克–反底夸克对。其他衰变通道涉及W和Z玻色子、τ轻子、胶子和光子。常见的衰变并不一定容易探测：无关过程也会大量产生底夸克，而较罕见的光子和四轻子信号反而更便于在实验中清晰辨认。(home.cern)
研究问题
精密测量用于检验该粒子的耦合是否符合标准模型的预言，或是否显露出额外的相互作用。搜寻工作也考察可能的不可见衰变及其与暗物质的联系，但目前尚未证实希格斯粒子与暗物质之间存在相互作用。(home.cern)
一个重要研究目标是希格斯自耦合，它描述希格斯粒子与自身的相互作用，并可用于探究希格斯场势能的形状。希格斯粒子对的产生对这一量尤其敏感。ATLAS于2026年4月发表的一项结果，利用一个希格斯粒子衰变为光子、另一个衰变为底夸克的通道，对自耦合给出了更严格的限制；这一结果约束了该相互作用，而非精确确定了它的数值。(home.cern)