CERNの大型加速器LHCでは、陽子を加速して衝突させます。そのエネルギーから、ごくまれにヒッグス粒子が生まれます。ヒッグス粒子が別の粒子へ変わることを「崩壊」と呼びますが、物が割れて破片になるのと同じではありません。たとえば、光の粒子である二つの光子へ変わる場合があります。

検出器は、あとに現れた粒子のエネルギーや進む方向などを測ります。その情報を使って、もとの粒子の質量を計算します。同じくらいの質量になる出来事が予想より多く集まれば、グラフに小さな山が現れます。ただし、別の反応でも似た記録はできるので、山を見つけただけでは終われません。

硬貨を10回投げたら表が7回でした。表が出やすい硬貨なのでしょうか。それとも、たまたまでしょうか。少ない回数の結果だけでは、決めにくいはずです。素粒子の研究でも、予想される背景のばらつきで、どの程度の山ができるかを計算します。

2012年、ATLASとCMSという二つの実験が、それぞれ新しい粒子の証拠を報告しました。その後も変わり方などを調べ、ヒッグス粒子の性質と合うことを確かめてきました。驚く結果を一度得るだけでなく、別の装置や方法で調べ続けることが、発見を支えます。

手押しの台車を想像してください。空のときと荷物を載せたときでは、動き出させたり止めたりする感覚が違います。質量は、力を受けたときの運動の変わりにくさに関わる量です。では、物質の基本となる電子やクォークには、なぜ質量があるのでしょう。

その説明の鍵が、空間に広がるヒッグス場です。電子やクォークなどは、この場との関わりによって質量をもちます。ヒッグス粒子は、その場の揺らぎとして現れる粒子です。発見は、ヒッグス場が存在することを確かめる大きな手がかりになりました。

ただし、ヒッグス場は粘り気のある液体ではなく、粒子がこすれて減速する摩擦でもありません。また、陽子や中性子の質量の大部分は、内部のクォークやグルーオンの運動と相互作用に伴うエネルギーに由来します。「ヒッグスが身の回りの重さを全部作る」と言うと、大切な部分が抜けてしまいます。

素粒子の発見でよく聞く5シグマは、統計上の基準です。背景だけで説明できるという仮定のもとで、観測されたもの以上の偏りが偶然に出る確率が、約350万分の1に相当する水準をいいます。これは「発見が間違いである確率は350万分の1」という意味ではありません。

装置のずれや分析の前提は、別に確かめる必要があります。しかも、新しい粒子があると分かることと、それが理論で予想したヒッグス粒子だと確かめることは、同じ作業ではありません。どんな粒子へ、どれくらいの割合で変わるかなどを測る研究は、発見後も続いています。