Eingeführt wurde das Higgs-Teilchen im Jahr 1964 von Peter Higgs von der Universität Edinburgh. Man brauchte eine Erklärung dafür, warum das Photon ? das Austauschteilchen der elektromagnetischen Kraft ? keine Masse hat, während die W- und Z-Bosonen eine relativ große Masse haben. Die W- und Z-Bosonen sind die Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung, die den radioaktiven Zerfall in Atomkernen verursacht. Wegen der großen Masse der Austauschteilchen hat die schwache Wechselwirkung glücklicherweise eine sehr kurze Reichweite. Sonst würde die Materie in unserem Universum augenblicklich zerfallen.
Dagegen hat die elektromagnetische Wechselwirkung wegen des masselosen Photons eine sehr große Reichweite. Radio- und Fernsehübertragungen oder die Kommunikation mit weit entfernten Raumsonden wären sonst nicht möglich. Dieser Gegensatz zwischen schwacher und elektromagnetischer Wechselwirkung ist aber ohne weitere Erklärung nicht zu verstehen. Denn ansonsten sind sich diese beiden Theorien und die mathematischen Gleichungen, die sie beschreiben, sehr ähnlich.
Peter Higgs löst dieses Problem durch eine “spontane Symmetriebrechung”, die im Universum kurz nach dem Urknall stattfand und vom Higgs-Teilchen verursacht wird. Kurz nach dem Urknall gab es den heutigen Unterschied zwischen schwacher und elektromagnetischer Wechselwirkung noch nicht. Der Grund waren die extrem hohen Temperaturen. Als das Universum abkühlte, wurde unterhalb einer bestimmten Temperatur die Symmetrie zwischen den beiden Wechselwirkungen aufgehoben oder “gebrochen”, wie Physiker es nennen. Das Ergebnis dieser Symmetriebrechung war, dass die W- und Z-Photonen Masse bekamen, während das Photon masselos blieb.
Eine ähnliche Symmetriebrechung geschieht beim Gefrieren von Wasser. Während es im flüssigen Wasser keine bevorzugte Richtung im Raum gibt, ordnen Eiskristalle sich in Gittern an. Nach dem Gefrieren sind bestimmte Achsenrichtungen gegenüber anderen Raumrichtungen ausgezeichnet. Die vorher vorhandene Symmetrie wurde beim Gefrieren spontan gebrochen. Welche Achsenrichtungen der Eiskristall dabei wählt, unterliegt dem Zufall. Im Fall der schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkung geschieht solch eine Symmetriebrechung allerdings nicht im realen Raum, sondern in einem abstrakten mathematischen Raum, der die Wechselwirkungskräfte beschreibt.
Edward Witten hofft, dass das Higgs-Teilchen bis zum Ende dieses Jahrzehnts entweder im LHC in Genf oder im Tevatron am Fermilab in Chicago gefunden wird. Dann könnte vielleicht entschieden werden, ob die Standardtheorie der Teilchenphysik richtig ist oder von einer neueren Theorie wie beispielsweise der Supersymmetrie ersetzt werden muss.
