Vào ngày 10 tháng 9 năm 2008, các nhà khoa học của Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN), Geneva, đã vận hành hoạt động thử nghiệm đầu tiên của thứ được mô tả là cỗ máy lớn nhất và thí nghiệm khoa học tham vọng nhất từng được chế tạo - Máy va chạm Hadron Lớn (LHC ). Đối với thử nghiệm, các nhà khoa học đã dẫn hướng thành công chùm hạt hạ nguyên tử xung quanh một cấu trúc dạng vòng có chu vi khoảng 27 km (17 mi) và tạo thành trái tim của máy va chạm. Cấu trúc này nằm trong một đường hầm hình tròn dưới lòng đất mà CERN ban đầu đã xây dựng cho một máy gia tốc hạt trước đó gọi là Máy va chạm Điện tử-Positron Lớn (1989–2000). Đường hầm nằm bên dưới biên giới Pháp-Thụy Sĩ gần Geneva ở độ sâu 50–175 m (165–575 ft).
LHC được thiết kế để gửi hai chùm hạt hadron (proton và các hạt khác được cấu tạo từ quark) theo các hướng ngược nhau xung quanh cấu trúc dạng vòng. Ban đầu, proton (hạt nhân hydro) sẽ được sử dụng, nhưng các thí nghiệm sau đó được lên kế hoạch với các ion nặng như hạt nhân chì, bao gồm proton và neutron. Trong LHC, các hạt di chuyển trong các kênh di chuyển đến chân không cao hơn không gian sâu và được làm lạnh trong phạm vi hai độ của độ không tuyệt đối. Trong quá trình hoạt động toàn diện, các hạt sẽ được tăng tốc đến tốc độ trong vòng một phần triệu phần trăm tốc độ ánh sáng. Tại bốn điểm trong đường hầm, đường đi của các hạt giao nhau để một số hạt va vào nhau và tạo ra một số lượng lớn các hạt mới.Các nam châm khổng lồ nặng hàng chục nghìn tấn và các ngân hàng của máy dò sẽ thu thập và ghi lại các hạt được tạo ra tại mỗi điểm va chạm. Dưới công suất cực đại, va chạm giữa các proton sẽ diễn ra ở năng lượng tổng hợp lên tới 14 nghìn tỷ electron vôn - lớn hơn khoảng bảy lần so với mức đạt được trước đây của bất kỳ máy gia tốc hạt nào khác.
Dự án LHC đã mất một phần tư thế kỷ để thành hiện thực. Việc lập kế hoạch bắt đầu vào năm 1984, và vào năm 1994, cơ quan quản lý của CERN đã đưa ra những bước tiến hành cuối cùng cho dự án. Nhiều nghìn nhà khoa học và kỹ sư từ hàng chục quốc gia đã tham gia thiết kế, lập kế hoạch và xây dựng LHC, và chi phí xây dựng LHC lên tới hơn 5 tỷ USD. Hoạt động toàn diện đầu tiên của LHC đã được lên kế hoạch vào cuối năm 2008 nhưng đã bị hoãn lại để điều tra và sửa chữa một vết rò rỉ phát sinh trong hệ thống làm mát heli của máy va chạm vì sự cố điện.
Một mục tiêu của dự án LHC là tìm hiểu cấu trúc cơ bản của vật chất bằng cách tái tạo lại các điều kiện khắc nghiệt mà theo lý thuyết vụ nổ lớn xảy ra trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ. (Năng lượng cao liên quan đã khiến một số nhà phê bình cho rằng LHC có thể tạo ra một lỗ đen nhỏ có thể hủy diệt Trái đất, nhưng các đánh giá an toàn của các nhà khoa học đã bác bỏ những lo ngại đó và kết luận rằng máy va chạm sẽ không tạo ra bất cứ thứ gì chưa được sản xuất bởi va chạm tia vũ trụ năng lượng cao trong khí quyển.) Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý đã sử dụng cái gọi là mô hình chuẩn để mô tả các hạt cơ bản cấu thành vật chất. Mô hình đã hoạt động tốt nhưng có những điểm yếu. Đầu tiên, và quan trọng nhất, nó không giải thích được tại sao một số hạt có khối lượng.Vào những năm 1960, nhà vật lý người Anh Peter Higgs đã công nhận một loại hạt tương tác với các hạt khác để cung cấp khối lượng của chúng. Các hạt Higgs chưa bao giờ được quan sát thấy, nhưng người ta cho rằng chúng có thể được tạo ra trong các vụ va chạm năng lượng rất cao của LHC. Thứ hai, mô hình tiêu chuẩn yêu cầu một số giả định tùy ý, mà một số nhà vật lý đã đề xuất có thể được giải quyết bằng cách đưa ra một loại hạt siêu đối xứng mới — những hạt này cũng có thể được tạo ra bởi các vụ va chạm trong LHC. Cuối cùng, việc kiểm tra sự bất đối xứng giữa các hạt và phản hạt của chúng có thể cung cấp manh mối cho một bí ẩn khác: sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.nhưng người ta mong đợi rằng chúng có thể được tạo ra trong các vụ va chạm năng lượng rất cao của LHC. Thứ hai, mô hình tiêu chuẩn yêu cầu một số giả định tùy ý, mà một số nhà vật lý đã đề xuất có thể được giải quyết bằng cách đưa ra một loại hạt siêu đối xứng mới — những hạt này cũng có thể được tạo ra bởi các vụ va chạm trong LHC. Cuối cùng, việc kiểm tra sự bất đối xứng giữa các hạt và phản hạt của chúng có thể cung cấp manh mối cho một bí ẩn khác: sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.nhưng người ta mong đợi rằng chúng có thể được tạo ra trong các vụ va chạm năng lượng rất cao của LHC. Thứ hai, mô hình tiêu chuẩn yêu cầu một số giả định tùy ý, mà một số nhà vật lý đã đề xuất có thể được giải quyết bằng cách đưa ra một loại hạt siêu đối xứng mới — những hạt này cũng có thể được tạo ra bởi các vụ va chạm trong LHC. Cuối cùng, việc kiểm tra sự bất đối xứng giữa các hạt và phản hạt của chúng có thể cung cấp manh mối cho một bí ẩn khác: sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.Việc kiểm tra sự bất đối xứng giữa các hạt và phản hạt của chúng có thể cung cấp manh mối cho một bí ẩn khác: sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.Việc kiểm tra sự bất đối xứng giữa các hạt và phản hạt của chúng có thể cung cấp manh mối cho một bí ẩn khác: sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.
Như với tất cả các thử nghiệm đột phá, kết quả thú vị nhất có thể là những kết quả không mong đợi. Theo quan điểm của nhà vật lý người Anh Stephen Hawking, “Sẽ thú vị hơn nhiều nếu chúng ta không tìm thấy hạt Higgs. Điều đó sẽ cho thấy có điều gì đó không ổn và chúng ta cần suy nghĩ lại ”.
