Το φαινόμενο Higgs θεωρητικοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1968 από τους συγγραφείς των άρθρων PRL για το σπάσιμο της συμμετρίας. Το 1964, τρεις ομάδες έγραψαν επιστημονικές εργασίες που πρότειναν συναφείς αλλά διαφορετικές προσεγγίσεις για να εξηγήσουν πώς θα μπορούσε να προκύψει η μάζα στις τοπικές θεωρίες μετρητών.
Το 2013 το μποζόνιο Χιγκς, και εμμέσως το φαινόμενο Χιγκς, αποδείχθηκε προσωρινά στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (και το μποζόνιο Χιγκς ανακαλύφθηκε στις 4 Ιουλίου 2012). Το φαινόμενο θεωρήθηκε ως η εύρεση ενός χαμένου κομματιού του Καθιερωμένου Προτύπου.
Σύμφωνα με τη θεωρία των μετρητών (τη θεωρία που διέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο), όλα τα σωματίδια που μεταφέρουν δυνάμεις θα έπρεπε να είναι χωρίς μάζα. Ωστόσο, τα σωματίδια δύναμης που μεσολαβούν στην ασθενή δύναμη έχουν μάζα. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο Higgs, το οποίο σπάει τη συμμετρία SU(2)- (SU σημαίνει ειδική μοναδιαία, ένας τύπος πίνακα, και το 2 αναφέρεται στο μέγεθος των εμπλεκόμενων πινάκων).
Η συμμετρία ενός συστήματος είναι μια πράξη που γίνεται σε ένα σύστημα, όπως η περιστροφή ή η μετατόπιση, η οποία αφήνει το σύστημα θεμελιωδώς αμετάβλητο. Μια συμμετρία παρέχει επίσης έναν κανόνα για το πώς θα πρέπει πάντα να ενεργεί κάτι, εκτός αν ασκείται από μια εξωτερική δύναμη. Ένα παράδειγμα είναι ο κύβος του Ρούμπικ. Αν πάρουμε έναν κύβο του Ρούμπικ και τον ανακατέψουμε κάνοντας όποιες κινήσεις θέλουμε, εξακολουθεί να είναι δυνατή η επίλυσή του. Δεδομένου ότι κάθε κίνηση που κάνουμε εξακολουθεί να αφήνει τον κύβο του Ρούμπικ επιλύσιμο, μπορούμε να πούμε ότι αυτές οι κινήσεις είναι "συμμετρίες" του κύβου του Ρούμπικ. Μαζί, σχηματίζουν αυτό που ονομάζουμε ομάδα συμμετρίας του κύβου του Ρούμπικ. Κάνοντας οποιαδήποτε από αυτές τις κινήσεις δεν αλλάζει το παζλ, αφήνοντάς το πάντα επιλύσιμο. Αλλά, μπορούμε να σπάσουμε αυτή τη συμμετρία κάνοντας κάτι σαν να διαλύουμε τον κύβο και να τον ξανασυναρμολογούμε με εντελώς λάθος τρόπο. Όποιες κινήσεις και αν δοκιμάσουμε τώρα, δεν είναι δυνατόν να λύσουμε τον κύβο. Το να διαλύσουμε τον κύβο και να τον ξανασυναρμολογήσουμε με λάθος τρόπο είναι η "εξωτερική δύναμη": Χωρίς αυτή την εξωτερική δύναμη, τίποτα από όσα κάνουμε στον κύβο δεν τον καθιστά άλυτο. Η συμμετρία του κύβου του Ρούμπικ είναι ότι παραμένει επιλύσιμος όποιες κινήσεις κι αν κάνουμε, αρκεί να μην διαλύσουμε τον κύβο.
Δημιουργία του μποζονίου Higgs
Ο τρόπος με τον οποίο σπάει η συμμετρία SU(2) είναι γνωστός ως "αυθόρμητο σπάσιμο της συμμετρίας". Αυθόρμητο σημαίνει τυχαίο ή απροσδόκητο, οι συμμετρίες είναι οι κανόνες που αλλάζουν και το σπάσιμο αναφέρεται στο γεγονός ότι οι συμμετρίες δεν είναι πλέον οι ίδιες. Το αποτέλεσμα του αυθόρμητου σπασίματος της συμμετρίας SU(2) μπορεί να είναι ένα μποζόνιο Higgs.
Αιτία για το φαινόμενο Higgs
Το φαινόμενο Higgs εμφανίζεται επειδή η φύση "τείνει" προς τη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Το φαινόμενο Higgs θα συμβεί επειδή τα μποζόνια μέτρου κοντά σε ένα πεδίο Higgs θα θέλουν να βρίσκονται στις χαμηλότερες ενεργειακές τους καταστάσεις, και αυτό θα έσπαγε τουλάχιστον μία συμμετρία.
Για να δικαιολογήσουν την απόδοση μάζας σε ένα υποτιθέμενο σωματίδιο χωρίς μάζα, οι επιστήμονες αναγκάστηκαν να κάνουν κάτι ασυνήθιστο. Υπέθεσαν ότι το κενό (ο κενός χώρος) είχε στην πραγματικότητα ενέργεια και ότι, με αυτόν τον τρόπο, αν εισερχόταν σε αυτό ένα σωματίδιο που θεωρούμε ως άμαζο, η ενέργεια από το κενό θα μεταφερόταν στο σωματίδιο αυτό, δίνοντάς του μάζα. Ένας μαθηματικός ονόματι Jeffrey Goldstone απέδειξε ότι αν παραβιάσετε μια συμμετρία, (για παράδειγμα, μια συμμετρία με έναν κύβο του Ρούμπικ θα ήταν αν δηλώνατε ότι οι γωνίες πρέπει πάντα να περιστρέφονται 0 ή 3 φορές για να είναι επιλύσιμες (αυτό λειτουργεί)), θα προκύψει μια αντίδραση. Στην περίπτωση του κύβου του Ρούμπικ, ο κύβος θα γίνει άλυτος αν παραβιαστεί. Στην περίπτωση του πεδίου Higgs, παράγεται κάτι που πήρε το όνομά του από τον Jeffrey Goldstone (και έναν άλλο επιστήμονα που συνεργάστηκε μαζί του με το όνομα Yoichiro Nambu), ένα μποζόνιο Nambu-Goldstone. Πρόκειται για μια διεγερμένη ή ενεργητική μορφή του κενού, η οποία μπορεί να γραφτεί με γραφήματα που αποκαλύπτουν αυτό που φαίνεται παραπάνω. Αυτό εξηγήθηκε για πρώτη φορά από τον Peter Higgs.