五
得先说说希格斯玻色子的前史。
标准模型可不是简单的一张基本粒子表，她凝结了量子力学半个多世纪的成果，特别是关于电磁作用和强力作用的理论QED和QCD。就比如玻色子表的一号粒子，熠熠生辉的光子，就向人们讲述着一个意蕴隽永的故事：1905年的横穿出世，1920年代的玻—爱统计，1930年代的量子场论，乃至50后的QED，光子已经成长为充斥天地的一张大网，除了引力现象，我们肉眼能看到的几乎所有的运动现象都可以从光子场（电磁场）中搜索到答案。人类已经发现了几千年的“同性相斥，异性相吸”的电磁现象，标准模型才给出了它的形成机制，而牛顿力学中最重要的概念之一——“作用力（F）”，无非是亚原子层次光子承载的电磁作用的剩余，正如早期核物理学假设的强力作用不过是核子内胶子承载的强力作用的剩余。
科学家统一世界的方法，说到底都是“对称性”方法，简单说就是在异质性中发现同质性，通过变换发现不变性。每一种对称都对应着一个守恒律：空间对称对应着动量守恒定律，时间对称对应着能量守恒定律，转动对称对应着角动量守恒定律。这是1915年德国女数学家艾米·诺特（E.noether）提出的“诺特定理”。利用这个原理，我们再回头审视一下爱因斯坦启动的统一之旅：自然力之间有何对称性？
万有引力定律虽在牛顿体系中占据着公理的地位，但引力作用的机制却完全是个迷。牛顿假设这是一种超距作用。假如太阳在某一瞬间湮灭，地球就会在这一瞬间改变她绕日运动的轨迹。直至爱因斯坦的广义相对论，才驱除掉这种幽灵般的超距作用。引力不过是时空弯曲的效应，这种效应以光速传导，地球会在8秒钟后才能作出反应。对称性思维使爱因斯坦一辈的物理学家由电磁场而孕生出“引力场”概念。而我们游历过量子场论的朋友们已经有足够的知识假设引力场由一种无质量（否则达不到光速）的玻色子（否则不可能无孔不入）——“引力子”构成。不过这是后面的故事，我已经说了，标准模型不涵盖引力。
但我们可以用这个方法来规划我们统一涉亚原子层次的三种自然力的统一大业。无论哪一种，都是费米子交换玻色子的行为，玻色子是传达作用信息的信使粒子。当然不同的作用力有不同的特点，也就需要不同的玻色子传递信息。
我们先看最普通的电磁力，是通过电磁场实现的。电磁的狄拉克场有一种叫相位的信息。相位零点整体取任何值，物理结果不变，这是一种整体的对称性。这相当于说，世界上的每个国家都可以把太阳在正上方的时间定为12点，那么一张作息时间表可以全世界通用，生物结果是一样的，在美国符合人体的生物学规律的，在中国也会同样符合，我们就说，全球时间具有“整体规范对称性”。电磁场的这种整体的规范对称性就产生了一个守恒律——电荷守恒，正负电子对撞必产生电中性的光子，反之光子场涨落产生电子对也必须一正一负，电磁过程的初态和末态的电荷量一定严格相等。
但是如果允许不同的时空点取不同的相位零点，也就是自由的选取规范呢？就相当于纽约以太阳在正上方为12点，北京以太阳于正上方为零点。那么纽约的作息表拿到北京来施行，北京人就只得在暮色中起床工作，生物结果就会完全不同。那么，对称性是否就一定会崩溃呢？电磁作用是否可以违反电荷守恒定律呢？很明显，对称性一定会被破坏。但是有补救措施。科学家发现，只要引入一个规范场，抵消掉相位随时空变化所产生的作用，对称性又恢复了。这种对称性叫“局域规范对称性”。相当于纽约的那份作息表传达到北京时，还附带一个规范，比如格林威治时区表，北京人根据这个规范调整自己的时间，于是同样的生物学效果又产生了。电磁的规范场就是光子，她担负着费米子间传递电磁作用的职能，她不仅仅携带能量，还携带电磁场的“规范”——有关电荷的信息。那么费米子接到光子传达的信息，她就会做出正确的反应，该趋近（异性）呢还是该远离（同性）呢？
这可能不太好懂，咱不去管他，只要知道，相互作用力就是一个规范场，在这个规范场是的不同量子态的粒子在相互作用中除满足普适规律（如能量守恒）不被破坏外，这个场的特殊规律（如电磁场的电荷守恒定律）也不被破坏。而建立这个规范场的关键，就是要找到合适的“规范玻色子”，在电磁场中这就是光子。物理学家寻找规范玻色子的数学工具叫“群论”，形像地说就是有限种对称变换的一个集群。电磁场只涉及一个因子——电荷，可以建立一个最简单的U（1）规范群，这个规范群的逻辑结果是，一个无质量的电中性的玻色子就可以建立起电磁场的局域规范对称性。
方法有了，接下来我们就该建立弱相互作用力的规范群了。弱力比电磁力要复杂一点，它不仅涉及到电荷，还涉及到味荷，作用的费米子，不仅是带味的夸克，还涉及到不带味的电子和中微子双重态（β衰变中味是不守恒的！）。1961年，在波尔研究所读博士后的29岁的美国科学家格拉肖（Sheldon Lee Glashow）挑战弱力模型。考虑到双重态的变换，需要用一个SU(2)群来描述，根据这个模型，需要有三种玻色子来传递变换信息：命名为W+、W－和W0，第一种带正电、第二种带负电、第三种电中性。还有一种叫“弱超荷”的跟电荷有关的信息需要传递，这又需要一个U(1)群，这个群的信息需要一个电中性的玻色子——B0来传递。弱力场也就是一个SU(2)×U(1)规范群。这两个群相乘，W0 和B0就混合成两种新粒子——Z0和γ。奇迹发生了——
弱力方程推导出了四种玻色子——W+、W－、Z0和γ，但弱力的传递只需要前三种就够了，怎么多出了一个玻色子——γ？而这个玻色子不是别的，她正是电磁场的光子！这就意味着，电磁力和弱力可以用同一个方程来描述，二者的数学模型是一样的。这将是一个惊人的预言，弱力和电磁力是同一种力的不同呈现，可以建立统一的电弱场。正如当年麦克斯韦用同一方程描述了电场和磁场的以后，电磁统一场很快就被观测证实，人类由此掌握了电磁力，最终导致了以电力使用为标志的第二次工业革命，大大地推动了人类历史的进程。
又一次物理学的狂欢？现在还高兴不起来：规范群要求信使粒子是无质量的，而弱力玻色子又恰恰不能没有质量。这是一个悖论。希格斯该出场了。
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