希格斯场是粒子物理学标准模型中的一种基本标量场。它在真空中的非零值使希格斯机制得以发挥作用，让弱相互作用的媒介粒子获得质量；夸克和带电轻子与该场的相互作用也使它们获得质量。希格斯玻色子是这个场的量子化激发，而不是场本身。2012年发现希格斯玻色子，为希格斯场的存在及其在电弱对称性破缺中的作用提供了实验证据。(pdg.lbl.gov)
量子场描述
在量子场论中，粒子是其对应场的激发。希格斯场的特点是它属于标量场：没有时空方向，与之对应的粒子的自旋角动量为零。在最小标准模型中，希格斯场用一个复标量场二重态表示，相当于四个实场分量。“二重态”描述的是它在弱相互作用对称性下的变换性质，并不意味着存在两个可分别观测的希格斯粒子。(pdg.lbl.gov)
希格斯场的一个核心性质是其真空期望值：即使处于最低能量状态，该场也具有非零的背景值。在一种常用的规范选择下，
[ \langle\Phi\rangle= \frac{1}{\sqrt{2}} \begin{pmatrix} 0\v \end{pmatrix}, \qquad v\approx246\ \mathrm{GeV}. ]
这里采用自然单位制，因此场的幅值以能量单位表示。这个数值是电弱能标，而不是希格斯玻色子的质量。(pdg.lbl.gov)
势与对称性破缺
希格斯场的自相互作用由一个势描述，它是理论的拉格朗日量的一部分。一种常见的写法是
[ V(\Phi)=-\mu^2\Phi^\dagger\Phi+ \lambda(\Phi^\dagger\Phi)^2, \qquad \mu^2>0,\quad\lambda>0. ]
在经典层面上，势的最低点对应非零的场幅值，并满足 (v^2=\mu^2/\lambda)。常用的“墨西哥帽”示意图展示了这个势的一个截面：中心的对称点并不是能量最低的构型。(cds.cern.ch)
这一构造通常称为自发对称性破缺。在电弱规范理论中，对称性结构 (SU(2)_L\times U(1)_Y) 破缺后，留下未破缺的电磁 (U(1)) 对称性。三个场分量成为有质量的W和Z玻色子的纵向偏振自由度，剩下的一个分量则对应物理上可观测的希格斯玻色子。这三个分量不会表现为三个额外的、可观测的标量粒子。(pdg.lbl.gov)
这一构造解释了为什么弱相互作用的媒介粒子具有质量，而与电磁学相关的光子仍然没有质量。它保留了理论的底层规范结构，而不是向理论中任意加入矢量玻色子的质量项。(home.web.cern.ch)
粒子质量如何产生
希格斯场的背景值通过规范相互作用产生W和Z玻色子的质量。在树级近似下，
[ m_W=\frac{gv}{2}, \qquad m_Z=\frac{v}{2}\sqrt{g^2+g'^2}, ]
其中，(g) 和 (g') 是电弱耦合常数。因此，这些质量既取决于背景场的值，也取决于相互作用的强度。(pdg.lbl.gov)
对于费米子，质量的产生涉及汤川相互作用。夸克或带电轻子（例如电子）具有耦合常数 (y_f)，其质量在树级近似下为
[ m_f=\frac{y_fv}{\sqrt{2}}. ]
不同的耦合强度解释了不同粒子的质量差异，但标准模型无法从第一性原理预测这些耦合常数的数值。同样的相互作用也使费米子与物理上可观测的希格斯玻色子发生耦合，因此可以通过实验加以检验。(pdg.lbl.gov)
希格斯场并非所有质量的来源。质子或中子的质量大部分来自量子色动力学所描述的强相互作用动力学，而不是直接来自其组成夸克的质量。根据质能等价，复合系统的内部能量会对其静止质量作出贡献。希格斯场赋予夸克质量，但这些质量只占核子质量的一小部分。(home.cern)
历史发展与实验证据
1964年，罗伯特·布鲁特和弗朗索瓦·恩格勒、彼得·希格斯，以及杰拉尔德·古拉尔尼克、卡尔·哈根和汤姆·基布尔，分别提出了规范理论中质量产生的相关解释。这些工作确立了后来被纳入电弱理论的机制。在实验发现所预言的粒子之后，恩格勒和希格斯因其理论贡献获颁2013年诺贝尔物理学奖。(aps.org)
2012年7月4日，欧洲核子研究组织的ATLAS实验和CMS实验合作组宣布，利用大型强子对撞机观测到一种质量约为 (125)–(126\ \mathrm{GeV}/c^2) 的新粒子。后续研究确认，它具有与希格斯玻色子相符的性质，包括零自旋，以及与标准模型预期相符的衰变模式。这些证据来自该场可测量的激发及其相互作用，而不是对其背景值的直接成像。(home.cern)
自相互作用与未解问题
希格斯势预言了希格斯玻色子之间的相互作用。在树级近似下，最小模型给出了玻色子质量与四次耦合常数之间的关系：
[ m_h^2=2\lambda v^2. ]
在势的最低点附近展开，可得到质量项、三希格斯相互作用项和四希格斯相互作用项。因此，对产生希格斯玻色子对的过程进行测量，可以进一步检验势的结构，而不只是验证单个激发的存在。(cds.cern.ch)
研究还在探讨：已观测到的希格斯场是否属于一个更大的标量场体系，其相互作用是否偏离标准模型的预言，以及它的背景值如何在早期宇宙中形成。它的质量和相互作用强度对这些可能性施加了约束，但仅凭发现希格斯玻色子，并不能确定最小希格斯场体系就是完整的。(pdg.lbl.gov)