在大型強子對撞機的小型介子螺線管探測器上看到的希格斯玻色子事件。這次壯觀的碰撞比普朗克能量低15個數量級，但是探測器的精確測量使我們能夠重現碰撞點發生的事情。雖然每個希格斯玻色子可能都有許多與其他所有希格斯玻色子相同的基本屬性，但質量並不是這些粒子的普遍屬性之一。量子物理學最令人困惑的一個方面是它如何徹底地違背了我們的直覺。如果你拿任何一個穩定的量子粒子，比如電子，你會發現它和所有類似於它的粒子有相同的屬性。例如，每個電子都有：
同樣的質量，511 keV/c2，同樣的電荷，-1.6×10^-19 C，相同的量子自旋，±/ 2,除了電子磁矩等其他固有性質外，它還遵循泡利不相容原理，是被稱為正電子的反粒子的物質對應物。這些性質是完全確定的，即使是在量子宇宙中，也不像位置和動量這樣的物理量，或在多個不同方向上的自旋，測量一個到一定精度意味著你對另一個的了解不那麼準確。
但並不是所有的粒子都像電子。對他們中的一些人來說，就連他們的質量也不可避免地存在不確定性。
宇宙的量子本質告訴我們，某些量具有內在的不確定性，而這些量之間的不確定性是相互關聯的。從理論家的角度來看，當兩個可測量的、可觀察的性質以一種非常特殊的方式聯繫在一起時，量子不確定性就扮演著重要的角色。有些東西是可交換的，有些是不可交換的，這個想法很奇怪，可能會讓你回想起一些奇怪的數學性質或恆等式。但是這個簡單的例子可能會幫助您直觀地考慮它。
假設你是一個量子粒子，一個科學家來測試你的一些內在特性。如果科學家首先測量你的位置，然後測量你的動量。他們會得到兩個答案：首先是位置，然後是動量。現在，想像科學家按照另一種順序：首先測量你的動量，然後測量你的位置。如果這兩個變量交換，不管順序如何，結果都是一樣的。
這個圖表說明了位置和動量之間固有的不確定性關係。當一個人被更準確地了解時，另一個人天生就不太可能被準確地了解。在經典的宏觀世界中，所有變量都是交換的。測量的順序並不重要，因為無論先測量位置還是動量，得到的結果都是一樣的。這是因為進行度量並不影響度量本身的結果：對象的經典狀態就是它本身，不管您是否進行度量。
但是在量子世界中，測量的行為可以把你的量子狀態從一個不確定的狀態轉移到一個確定的狀態。當變量不交換時，在一對可測量的量之間就存在著固有的不確定性。如果你測量一個特定的精度，根據物理行為的本質，另一個本質上變得更加不確定。雖然我們通常將其與位置和動量聯繫起來，但其他成對的變量也顯示出這種行為。
將具有兩種可能自旋構型的粒子通過特定類型的磁鐵，會導致粒子分裂成正自旋和負自旋狀態。也許最違反直覺的效果可以看到，如果你把一束電子通過磁場。如果磁場在x方向上對齊，電子要麼在+x方向彎曲，要麼在-x方向彎曲，這取決於自旋在x方向上是對齊的還是反對齊的。
但是事情是這樣的：電子的自旋的±/ 2,並不僅限於在x方向上。我們的空間有三個維度：x、y和z。如果你從方向+/ 2個電子，然後他們通過在y方向上磁場，你不僅會看到這個方向的分裂，但使測量的行為會破壞在x方向上的信息。測量一個電子在x軸上的自旋和y軸上的自旋會給你一個非常不同的電子，而不是先在y軸上再在x軸上！
多個連續的斯特恩-格拉赫實驗，根據量子粒子的自旋沿著一個軸分裂，將會在垂直於最近測量的方向上導致進一步的磁分裂，但不會在同一方向上產生額外的分裂。「4×2」和「2×4」給出的答案可能不太一樣，但某些量子算子確實具有這樣的性質：它們不進行交換。這一基本且不可避免的性質被稱為海森堡不確定性，它發生在任意兩個不可交換變量/算子之間。等數量的角動量在x, y,和z方向，或者像位置(Δx)和動量(Δp),這種內在的不確定性是不容忽視的。
還有很多其他物理量它們之間有同樣的不確定性關係。我們稱之為共軛變量。包括角動量(ΔL)和角位置(Δθ),自由電荷(Δq)和電壓(Δφ),這裡的特殊的意義——對能量(ΔE)和時間(Δt)。
QCD的可視化演示了由於海森堡的不確定性，粒子/反粒子對如何在非常短的時間內跳出量子真空。量子真空之所以有趣，是因為它要求真空空間本身不那麼空，而是充滿了各種狀態的粒子、反粒子和場，這是描述我們宇宙的量子場論所要求的。把這些都放在一起，你會發現空的空間有一個零點能量實際上大於零。如果你觀察一下空間本身，你可能會得出結論，裡面什麼也沒有。但在量子層面上，有量子場滲透到所有的空間中，這些場不僅存在於零能量下；他們存在能量波動(ΔE)變大的時間表你看(Δt)變短。海森堡測不準關係告訴你的產品這兩個不確定性必須大於或等於一個有限的數量：/ 2。
當我們討論一個真實存在的粒子時，如果粒子是穩定的，你就不用擔心這種能量不確定性。原因很簡單：穩定意味著它的壽命是無限的。如果你給無限的生命周期加上有限的不確定性，你不會改變它；把常數加到無窮是無關緊要的。但是如果你的粒子是不穩定的，這意味著它的生命周期本身是不確定的(有一個真正的Δt),那麼它的能量(ΔE)必須確定。
幾年前CMS和ATLAS合作宣布了對希格斯玻色子的第一個5-sigma檢測。但是希格斯玻色子在數據中並沒有產生一個「尖峰」，而是由於其內在的質量不確定性而產生了一個擴展的凸起。它的平均質量值為125 GeV/c^2，這對理論物理學來說是一個謎，但實驗員不必擔心:它是存在的，我們可以創造它，現在我們也可以測量和研究它的性質。現在，想想這個方程決定的不確定性：ΔE·Δt≥/ 2。當你有一個較短的時間內粒子的生活，Δt會更小。如果Δt較小，但ΔE·Δt必須大於(或等於)某一常數,那麼必然意味著ΔE必須大。因此，根據愛因斯坦最著名的方程，E = mc^2，這個粒子的質量一定也有一個固有的不確定性。
希格斯玻色子只生活在10^-23秒，並擁有一個巨大的ΔE結果：它的質量是不確定中位數~ 1%左右。如果你創造一個希格斯玻色子，它的質量很容易達到123.4 GeV/c2，就像它的質量可以達到125.9 GeV/c2一樣。其他壽命很短、質量很大的粒子，如W或Z玻色子，也有類似的內在特性：它們的質量也有~2-3%的不確定性。
測量到的固有寬度是2.5 GeV，約為總質量的±3%。但最糟糕的是頂夸克。頂夸克是整個標準模型中壽命最短的粒子，平均壽命只有0.5 yoctosecs，即5×10^-25 s。當你創造一個頂夸克時，它可能會活到平均時間的一半或四分之一，或者兩倍或三倍，或者介於兩者之間。同樣，夸克頂部也會有一個平均質量，但每個值都遵循鐘形曲線分布。
雖然頂夸克的平均質量可能在173到174 GeV/c2之間，但一些頂夸克的質量可能會低至165 GeV/c2，而另一些則會高於180 GeV/c2。這不是我們如何測量它或我們的探測器的限制，頂部夸克質量的這些變化實際上是由粒子變化而來的。換句話說，每個上夸克的質量不一定和它旁邊的上夸克的質量相同!
從費米實驗室的兩個主要合作中，通過測量各種衰變通道得到的各種頂夸克平均質量的最佳測量值。請注意這些巨大的不確定性，以及許多頂夸克看起來要麼比平均質量大得多，要麼比平均質量小得多的事實。當創造一個新的基本粒子時，如果它的生命周期是有限的，並且不是真正穩定的，那麼這個粒子所擁有的內在能量必然是不確定的。結果，從字面上看，它的質量與其他完全相同類型的粒子有著根本的不同。
宇宙中所有的電子可能都是相同的，但在有限且短暫的生命周期內，我們可以肯定，每一個希格斯玻色子、w玻色子、z玻色子或頂夸克都有其獨特的性質，這些性質取決於支配其存在的量子不確定性。每一個這樣的粒子都有它自己獨特的一組粒子它衰變為，這些子粒子的分數能量，會對它的位置，動量，角動量有不確定性，是的，甚至它的能量和質量。
在大型強子對撞機啟動之前，費米實驗室的CDF探測器重建了頂夸克的質量分布，結果表明頂夸克的質量存在較大的不確定性。雖然這主要是由於探測器的不確定性造成的，但質量本身存在固有的不確定性，而這種不確定性正是這個大峰值的一部分。在這個量子宇宙中，每一個粒子都有其固有的不確定性，因為許多可測量的性質是通過測量本身而改變的，即使測量的不是你想知道的性質。雖然我們通常會討論光子或電子的不確定性，但有些粒子也是不穩定的，這意味著它們的壽命不是從它們產生的那一刻就預先決定的。對於這些種類的粒子，它們的固有能量，也就是它們的質量，也是內在可變的。
雖然我們可能能夠描述某種特定種類的平均不穩定粒子的質量，比如希格斯玻色子或頂夸克，但這種類型的每個粒子都有自己獨特的價值。量子不確定性現在可以令人信服地擴展到不穩定的基本粒子的剩餘能量。在量子宇宙中，即使是質量本身這樣的基本性質也不可能一成不變。