Le Large Hadron Collider (LHC) est le collisionneur de particules le plus grand et le plus énergétique au monde. Il a été construit par l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) entre 1998 et 2008 en collaboration avec plus de 10 000 scientifiques et des centaines d'universités et de laboratoires, ainsi que plus de 100 pays. Il se trouve dans un tunnel de 27 kilomètres (17 mi) de circonférence et aussi profond que 175 mètres (574 pieds) sous la frontière franco-suisse près de Genève.

Les premières collisions ont été réalisées en 2010 à une énergie de 3,5 téraélectronvolts (TeV) par faisceau, soit environ quatre fois le précédent record mondial. Après des mises à niveau, il a atteint 6,5 TeV par faisceau (énergie de collision totale de 13 TeV, le record mondial actuel). Fin 2018, il a été arrêté pendant trois ans pour d'autres mises à niveau.

Le collisionneur a quatre points de croisement où les particules accélérées entrent en collision. Sept détecteurs, chacun destiné à détecter des phénomènes différents, sont positionnés autour des points de passage. Le LHC fait principalement entrer en collision des faisceaux de protons, mais il peut également accélérer des faisceaux d'ions lourds : les collisions plomb-plomb et les collisions proton-plomb ont généralement lieu un mois par an.

L'objectif du LHC est de permettre aux physiciens de tester les prédictions de différentes théories de la physique des particules, notamment en mesurant les propriétés du boson de Higgs à la recherche de la grande famille de nouvelles particules prédites par les théories supersymétriques, et d'autres questions non résolues en physique des particules.

Le boson de Higgs, parfois appelé particule de Higgs, est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules produite par l'excitation quantique du champ de Higgs, l'un des champs de la théorie de la physique des particules. Dans le modèle standard, la particule de Higgs est un boson scalaire massif à spin nul, à parité paire (positive), sans charge électrique et sans charge de couleur, qui se couple à (interagit avec) la masse. Il est également très instable, se désintégrant presque immédiatement en d'autres particules.

Le champ de Higgs est un champ scalaire, avec deux composantes neutres et deux chargées électriquement qui forment un doublet complexe de la symétrie isospin SU(2) faible. Son potentiel "en forme de chapeau mexicain" a une valeur non nulle partout (y compris l'espace autrement vide), ce qui brise la symétrie isospin faible de l'interaction électrofaible, et via le mécanisme de Higgs donne une masse à certaines particules.

Le champ et le boson portent tous deux le nom du physicien Peter Higgs qui, en 1964, avec cinq autres scientifiques de trois équipes, a proposé le mécanisme de Higgs, un moyen par lequel certaines particules peuvent acquérir une masse. (Toutes les particules fondamentales connues à l'époque devraient être sans masse à de très hautes énergies, mais expliquer pleinement comment certaines particules gagnent en masse à des énergies plus basses avait été extrêmement difficile.) Si ces idées étaient correctes, une particule connue sous le nom de boson scalaire devrait également exister. , avec certaines propriétés. Cette particule s'appelait le boson de Higgs et pouvait être utilisée pour tester si le champ de Higgs était l'explication correcte.

Après 40 ans de recherche, une particule subatomique aux propriétés attendues a été découverte en 2012 par les expériences ATLAS et CMS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN près de Genève, en Suisse. Il a ensuite été confirmé que la nouvelle particule correspondait aux propriétés attendues d'un boson de Higgs. Les physiciens de deux des trois équipes, Peter Higgs et François Englert, ont reçu le prix Nobel de physique en 2013 pour leurs prédictions théoriques. Bien que le nom de Higgs soit désormais associé à cette théorie, plusieurs chercheurs entre 1960 et 1972 environ en ont développé différentes parties de manière indépendante.

Dans les médias grand public, le boson de Higgs a souvent été appelé la "particule de Dieu" dans le livre de 1993 The God Particle du lauréat du prix Nobel Leon Lederman, bien que le surnom soit

pas approuvé par de nombreux physiciens.