質量問題（the mass problem）

你周圍的一切都有質量——它們抵抗被推動，也有重量。所以你大概會以為，給物質的微小積木賦予質量，應該是物理學裡很容易的部分。奇怪的是，這反而成了最難的問題之一。幾十年來，描述各種力的最優美的理論，總是預言出本應質量恰好為零的粒子，而實驗卻清清楚楚地顯示它們並非如此。「質量問題」就是這個謎題的名字：既然我們最好的理論框架似乎禁止粒子擁有質量，那麼基本粒子的質量究竟從何而來？

麻煩來自一個叫規範對稱性（gauge symmetry）的深層原理，正是這個思想讓電磁力和弱交互作用如此成功。規範對稱性是我們描述某種力時的一種數學冗餘，而理論只有在方程裡略去某些項時才保持自洽。結果是：你為了給粒子（無論是傳力的W、Z玻色子，還是電子和夸克）賦予質量而寫下的那一項，恰恰是這種對稱性拒絕允許的項。硬把質量塞進去，理論的預言就會崩壞成毫無意義的結果（出現無法馴服的無窮大）。於是方程要求每個基本粒子都沒有質量、都以光速運動——而這顯然是錯的。

這並不是一個小小的技術瑕疵；它幾乎要讓整個統一各種力的綱領沉船。20世紀60年代提出、直到2012年才被證實的解決辦法是：對稱性確實存在，但被隱藏了起來——粒子不是從直接寫進方程的質量項獲得質量，而是從一個充滿整個空間的場的交互作用中獲得質量。那個場就是希格斯場，這套機巧叫做希格斯機制。一個重要的誠實之處：這解釋的是電子、夸克等基本粒子的質量，但日常物質（原子裡的質子和中子）的大部分質量，其實來自把夸克束縛在一起的強交互作用能量，而非來自希格斯。