Le 10 septembre 2008, des scientifiques de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), à Genève, ont effectué le premier test de ce qui avait été décrit comme la plus grande machine et l'expérience scientifique la plus ambitieuse jamais construite - le grand collisionneur de hadrons (LHC ). Pour le test, les scientifiques ont guidé avec succès des faisceaux de particules subatomiques autour d'une structure annulaire d'environ 27 km (17 mi) de circonférence et qui a formé le cœur du collisionneur. La structure était située dans un tunnel circulaire souterrain que le CERN avait construit à l'origine pour un accélérateur de particules antérieur appelé le grand collisionneur électron-positon (1989-2000). Le tunnel se trouvait sous la frontière franco-suisse, près de Genève, à une profondeur de 50 à 175 m (165 à 575 pieds).
Le LHC a été conçu pour envoyer deux faisceaux de hadrons (protons et autres particules composées de quarks) dans des directions opposées autour de la structure annulaire. Au départ, des protons (noyaux d'hydrogène) seraient utilisés, mais des expériences ultérieures ont été prévues avec des ions lourds tels que les noyaux de plomb, qui sont constitués de protons et de neutrons. Dans le LHC, les particules ont voyagé dans des canaux évacués à un vide plus élevé que celui de l'espace lointain et refroidis à deux degrés près du zéro absolu. Pendant le fonctionnement à grande échelle, les particules seraient accélérées à des vitesses à moins d'un millionième de pour cent de la vitesse de la lumière. En quatre points dans le tunnel, les chemins des particules se croisaient de sorte que certaines des particules se briseraient les unes sur les autres et produiraient un grand nombre de nouvelles particules.D'énormes aimants pesant des dizaines de milliers de tonnes et des banques de détecteurs collecteraient et enregistreraient les particules produites à chaque point de collision. À puissance maximale, les collisions entre protons se produiraient à une énergie combinée allant jusqu'à 14 billions d'électrons volts - environ sept fois plus que ce qui avait été atteint auparavant par tout autre accélérateur de particules.
Le projet LHC a mis un quart de siècle à se réaliser. La planification a commencé en 1984 et, en 1994, l'organe directeur du CERN a donné le feu vert au projet. Des milliers de scientifiques et d'ingénieurs de dizaines de pays ont participé à la conception, à la planification et à la construction du LHC, et le coût de sa construction s'élevait à plus de 5 milliards de dollars. La première opération à grande échelle du LHC était prévue pour fin 2008 mais a été reportée afin d'étudier et de réparer une fuite qui s'est développée dans le système de refroidissement à l'hélium du collisionneur en raison d'un dysfonctionnement électrique.
L'un des objectifs du projet LHC était de comprendre la structure fondamentale de la matière en recréant les conditions extrêmes qui, selon la théorie du Big Bang, se sont produites dans les premiers instants de l'univers. (La haute énergie impliquée avait conduit certains critiques à affirmer que le LHC pourrait créer un petit trou noir qui pourrait détruire la Terre, mais les examens de sécurité effectués par des scientifiques ont réfuté ces préoccupations et conclu que le collisionneur ne produirait rien qui n'ait déjà été produit par collisions de rayons cosmiques à haute énergie dans l'atmosphère.) Pendant des décennies, les physiciens avaient utilisé le modèle dit standard pour décrire les particules fondamentales qui composent la matière. Le modèle avait bien fonctionné mais présentait des faiblesses. Premièrement, et c'est le plus important, cela n'explique pas pourquoi certaines particules ont une masse.Dans les années 1960, le physicien britannique Peter Higgs a postulé un type de particule qui interagit avec d'autres particules pour fournir leur masse. Des particules de Higgs n'avaient jamais été observées, mais on s'attendait à ce qu'elles puissent être produites lors des collisions à très haute énergie du LHC. Deuxièmement, le modèle standard exigeait des hypothèses arbitraires, que certains physiciens avaient suggéré qu'elles pourraient être résolues en postulant une nouvelle classe de particules supersymétriques - ces particules pourraient également être produites par les collisions dans le LHC. Enfin, l'examen des asymétries entre les particules et leurs antiparticules pourrait fournir un indice sur un autre mystère: le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'univers.mais on s'attendait à ce qu'ils puissent être produits lors des collisions à très haute énergie du LHC. Deuxièmement, le modèle standard exigeait des hypothèses arbitraires, que certains physiciens avaient suggéré qu'elles pourraient être résolues en postulant une nouvelle classe de particules supersymétriques - ces particules pourraient également être produites par les collisions dans le LHC. Enfin, l'examen des asymétries entre les particules et leurs antiparticules pourrait fournir un indice sur un autre mystère: le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'univers.mais on s'attendait à ce qu'ils puissent être produits lors des collisions à très haute énergie du LHC. Deuxièmement, le modèle standard exigeait des hypothèses arbitraires, que certains physiciens avaient suggéré de résoudre en postulant une nouvelle classe de particules supersymétriques - ces particules pourraient également être produites par les collisions dans le LHC. Enfin, l'examen des asymétries entre les particules et leurs antiparticules pourrait fournir un indice sur un autre mystère: le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'univers.l'examen des asymétries entre les particules et leurs antiparticules pourrait fournir un indice sur un autre mystère: le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'univers.l'examen des asymétries entre les particules et leurs antiparticules pourrait fournir un indice sur un autre mystère: le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'univers.
Comme pour toutes les expériences révolutionnaires, les résultats les plus passionnants pourraient être inattendus. Selon le physicien britannique Stephen Hawking, «Ce sera beaucoup plus excitant si nous ne trouvons pas le Higgs. Cela montrera que quelque chose ne va pas et que nous devons réfléchir à nouveau.
