Ολοι νομίζουμε ότι ξέρουμε τι είναι μάζα, αλλά καταλαβαίνουμε μόνο την καθημερινή εκδήλωση αυτού του φυσικού μεγέθους. Για παράδειγμα, ένας ελέφαντας ζυγίζει σαφώς περισσότερο από ένα μυρμήγκι. Ακόμα και σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, ο ελέφαντας θα είχε μεγαλύτερη μάζα, δηλαδή θα ήταν πιο δύσκολο να τον σπρώξει κανείς και να τον βάλει σε κίνηση. Προφανώς, ο ελέφαντας έχει μεγαλύτερη μάζα επειδή αποτελείται από περισσότερα άτομα σε σχέση με το μυρμήγκι, αλλά τι είναι αυτό που καθορίζει τη μάζα των ατόμων; Και τι καθορίζει τη μάζα των «στοιχειωδών» σωματιδίων από τα οποία απαρτίζονται τα άτομα. Σε τελευταία ανάλυση, τι είναι αυτό που κάνει τα σώματα να έχουν μάζα;

Το πρόβλημα της μάζας έχει δύο ανεξάρτητες πλευρές. Πρώτα πρέπει να μάθουμε πού οφείλεται η μάζα. Φαίνεται ότι υπάρχουν τουλάχιστον τρεις μηχανισμοί που απαντούν στο ερώτημα αυτό. Βασικό στοιχείο των σχετικών προκαταρκτικών θεωριών των φυσικών είναι ένα νέο είδος πεδίου, που διαπερνά όλο το σύμπαν, το πεδίο Χιγκς. Οι μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων θεωρείται ότι οφείλονται στην αλληλεπίδραση των σωματιδίων με το πεδίο Χιγκς. Αν το πεδίο Χιγκς υπάρχει πραγματικά, η σχετική θεωρία προβλέπει ότι θα υπάρχει και το σχετιζόμενο με αυτό σωματίδιο, το μποζόνιο Χιγκς.

Η αναζήτηση του σωματιδίου αυτού - που αναμένεται να έχει πολύ μεγάλη μάζα - γίνεται με πειράματα σε επιταχυντές σωματιδίων. Ο επιταχυντής LEP (Μεγάλος Επιταχυντής Ηλεκτρονίων - Ποζιτρονίων) του CERN, δηλαδή του Ευρωπαϊκού εργαστηρίου σωματιδιακής φυσικής, είχε δώσει κάποιες ενδείξεις για την ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς, σε πείραμα που πραγματοποιήθηκε στο όριο των δυνατοτήτων του επιταχυντή, λίγο πριν το κλείσιμό του το 2000. Ο επιταχυντής LHC (Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων) που κατασκευάζεται τώρα στη θέση του LEP, ελπίζεται ότι θα δώσει πιο σίγουρες αποδείξεις ότι υπάρχει πράγματι το μποζόνιο Χιγκς.

Η δεύτερη πλευρά του προβλήματος της μάζας σχετίζεται με τους λόγους για τους οποίους καθένα από τα δεκάδες στοιχειώδη υποατομικά σωματίδια έχει τη συγκεκριμένη μάζα που έχει. Οι μάζες τους ανήκουν σε ένα τεράστιο φάσμα τιμών, με τη μικρότερη και τη μεγαλύτερη τιμή να διαφέρουν 11 τάξεις μεγέθους (100.000.000.000 φορές). Δεν ξέρουμε γιατί πρέπει να συμβαίνει αυτό. Συγκριτικά, την ίδια διαφορά βάρους έχουν ένας ελέφαντας και ένα μυρμήγκι.

Ο Νεύτωνας παρουσίασε τον πρώτο επιστημονικό ορισμό της μάζας το 1687 στο μνημειώδες έργο του «Πρινσίπια», σύμφωνα με τον οποίο μάζα είναι το μέτρο της ύλης που εξαρτάται από το συνδυασμό του όγκου και της πυκνότητάς της. Αυτός ο απλός ορισμός ήταν αρκετός για τους επιστήμονες για τα επόμενα 200 χρόνια. Καταλάβαιναν ότι η επιστήμη έπρεπε να προχωρήσει περιγράφοντας πώς λειτουργούν τα πράγματα πριν εμβαθύνει στο γιατί λειτουργούν έτσι. Τα τελευταία χρόνια, τα ερωτήματα γύρω από τη μάζα έχουν γίνει αντικείμενο έρευνας των φυσικών. Η κατανόηση της έννοιας και των αιτίων της μάζας θα ολοκληρώσει και θα επεκτείνει το Κλασικό Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, την κυρίαρχη και σε μεγάλη έκταση επιβεβαιωμένη θεωρία που περιγράφει τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους.

Το θεμέλιο της σύγχρονης αντίληψής μας για τη μάζα είναι πολύ πιο περίπλοκο από τον ορισμό του Νεύτωνα και στηρίζεται στο Τυπικό Μοντέλο. Στην καρδιά αυτής της θεωρίας βρίσκεται μια μαθηματική συνάρτηση, η Λαγκραντζιανή, που περιγράφει την αλληλεπίδραση των σωματιδίων. Απ' αυτή τη συνάρτηση, ακολουθώντας τους κανόνες της σχετικιστικής κβαντικής θεωρίας, μπορεί να υπολογιστεί η συμπεριφορά των θεμελιωδών σωματιδίων, το πώς σχηματίζουν σύνθετα υποατομικά σωματίδια, όπως το πρωτόνιο και το νετρόνιο. Το φυσικό μέγεθος της μάζας μέσα στη Λαγκραντζιανή συμπεριφέρεται όπως παρατηρείται πειραματικά τόσο σε νευτώνειες όσο και σε σχετικιστικές συνθήκες και αποτελεί μέτρο της ύλης τόσο στη συνηθισμένη μορφή της όσο και σε μορφή ενέργειας (με βάση τη γνωστή εξίσωση του Αϊνστάιν E=mc²).

Τα θεμελιώδη σωματίδια έχουν μια εγγενή μάζα, γνωστή ως μάζα αδράνειας και την επιπλέον μάζα που οφείλεται στην κινητική τους ενέργεια. Τα σύνθετα σωματίδια έχουν το άθροισμα της μάζας αδράνειας των συστατικών τους, συν τη μάζα που αντιστοιχεί στην κινητική και τη δυναμική ενέργεια των αλληλεπιδράσεών τους. Μάλιστα σύμφωνα με τη θεωρία, το μεγαλύτερο μέρος από τη μάζα των πρωτονίων οφείλεται στην κινητική ενέργεια των κουάρκς και των γλουονίων που τα απαρτίζουν και το μικρότερο στη μάζα αδράνειας των κουάρκς.

Γιατί το πεδίο Χιγκς είναι παντού παρόν μέσα στο σύμπαν και η ισχύς του δεν τείνει προς το μηδέν πουθενά, όπως γίνεται με το ηλεκτρομαγνητικό ή το βαρυτικό πεδίο μακριά από την πηγή τους; Τι είναι τελικά το πεδίο Χιγκς; Το πεδίο Χιγκς είναι ένα κβαντικό πεδίο που διαφέρει από τα άλλα κβαντικά πεδία, με τρεις σημαντικούς τρόπους. Καταρχήν όλα τα πεδία έχουν μια ιδιότητα που λέγεται σπιν και έχει συνήθως τιμές 1/2 ή 1. Το σωματίδιο Χιγκς προβλέπεται ότι έχει σπιν 0, επιτρέποντάς του να συμπεριφέρεται με βάση τη Λαγκραντζιανή με διαφορετικό τρόπο απ' ό,τι τα άλλα σωματίδια εκδηλώνοντας τελικά τις άλλες δύο διαφορές του.

Η μια απ' αυτές τις διαφορές, που εξηγεί γιατί σύμφωνα με τη θεωρία το πεδίο Χιγκς δεν έχει μηδενική τιμή πουθενά στο σύμπαν, έχει να κάνει με το γεγονός ότι το σύμπαν έχει χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο (σημείο ισορροπίας) αν το πεδίο Χιγκς έχει μια σταθερή μη μηδενική τιμή. Η τρίτη διαφορά από τα άλλα κβαντικά πεδία (όπως το ηλεκτρομαγνητικό) είναι ο τύπος αλληλεπιδράσεων του σωματιδίου Χιγκς με τα άλλα σωματίδια. Σύμφωνα με τη θεωρία, η αλληλεπίδραση αυτή κάνει τα σωματίδια να εκδηλώνουν μάζα και μάλιστα ανάλογη σε μέγεθος με την ένταση του πεδίου Χιγκς. Βέβαια, η πλήρης κατανόηση του μηχανισμού εμφάνισης της μάζας δεν έχει γίνει ακόμα εφικτή και μάλλον δε θα γίνει, τουλάχιστον πριν ανακαλυφθεί και μελετηθεί το μποζόνιο Χιγκς.