Пост из заголовка плох только тем, что несколько коротковат и содержит мало фактов о LHC. С другой стороны, про этот огромный эксперимент можно долго и интересно рассказывать, так что давайте сначала перечислим какие-то базовые факты, как это делают обычно во вступлении любого доклада для студентов.

Факты:

1) Картинка выше изображает стилизованную окружность коллайдера, длина 27км. Приятно, что на этой же картинке видно женевский международный аэропорт -- о масштабах судите сами;

2) Основная часть "игрушек" залегает глубоко под землёй -- где-то 175м, см. схему ниже:

3) Стоит это удовольствие на масштабе $10^10, а год работы обходится в $10^9, только на электричество у них уходит $20-30млн в год;

4) Для поворота заряженных частиц на окружности используют магнитные поля, собственно большая длина окружности (а значит и большой радиус) это цена за увеличение максимальной энергии частицы при максимальном доступном магнитном поле -- всё ещё лимитирующая технология. В LHC используют сверхпроводящие магниты при температуре около 2К (просто космос), а для этого гоняют где-то 150т жидкого гелия;

5) На этой установке чаще всего сталкивают протоны с протонами, но там также есть очень богатая программа по соударениям протонов с ядрами и ядер с ядрами;

6) Для иллюстрации происходящего на коллайдере хорошо понимать, что по окружности гоняют два пучка, в каждом летает почти 3к протонных "сгустков", разделённых пустотой. Это позволяет контролировать интенсивность столкновений.

6) Каждое такое "облако" содержит 10^11 протонов и имеет размер порядка 30см в длину и 1мм поперёк, хотя поперечный размер уменьшают в точках пересечения встречных пучков, чтобы повысить вероятность взаимодействия между протонами -- интенсивность "столкновений";

7) Энергия столкновения двух протонов 13 TeV (где-то 2*10^(-6)Дж), что примерно в 13к раз больше энергии покоя протона. Полная энергия в пучке колоссальна и примерно равна 350МДж, что близко к кинетической энергии сапсана (660т) при скорости 117км/ч, вот только концентрация там побольше :) Если развлекаться с тротиловым эквивалентом, то получится примерно 77кг;

8) Разогнать и столкнуть протоны мало, так что кроме самого LHC люди долго и мучительно строили детекторы -- это отдельные эксперименты, которые собирают информацию о частицах, производимых в столкновениях. Ниже схема одного из детекторов (CMS), обратите внимание на человеческий силуэт, добавленный для масштаба:

9) Детектор видит где-то миллиард соударени протой в секунду, но столько информации становится трудно вывести, да и хранить невесело. Поэтому детекторы сохраняют примерно сто событий из миллиарда, которые имеют интересные сигнатуры. Даже после таких усилий поток информации там 1-5 GB/s, а отводить его надо из очень малой области, что целая проблема. Ниже типичное событие при соударении ядер, записанное детектором и красиво отображённой их же софтом, в ядерных столкновениях поток информации ещё выше:

Этот список можно долго продолжать, но я просто отправлю заинтересовавшихся сюда, сюда, и вот сюда, а сам перейду ко второй части.

В посте из заголовка был комментарий -- не нужно, мол, таких установок, тупик в науке, нечего бить будильник, ну и сами смотрите:

ссылка на коммент тут.  А я мимо проходил и подумал, что может быть стоит пояснить зачем собственно повышать энергии таких установок и как там устроена физика на микроскопическом уровне. Так как заинтересованных людей набралось достаточно много, хотя сам @Azet009 и решил, что я в чём-то уже вру (facepalm),  то к этому и перейдём.

Зачем бить всё сильнее и что мы так узнаём:

I) Ударить игрушку об стену или две игрушки друг о друга один из первых экспериментальных опытов всех детей. Обычно из этого эксперимента дети узнают о том, что игрушку жалко а ремнём больно, что там было внутри, ну или насколько прочного материала были игрушки/стены. В физике элементарных частиц всё почти также, вот только мир у нас квантовый и экспериментаторам за это даже платят, так что вылететь может что-то новое, чего не было внутри наших игрушек.

Ниже схематическое изображение (диаграмма Фейнмана) одного из множества возможных взаимодействий двух протонов:

Цветные ровные линии -- фермионы, на данной диаграмме представлены кварками (u, d) и мюоном (антимюоном). Пружинки изображают глюоны, которые являются переносчиками ядерных взаимодействий. Волнистая линия -- виртуальный фотон или Z-бозон, переносчики электромагнитного и слабого взаимодействий соответственно.

Слово "виртуальные" отвечает тому, что это не обычные частицы/волны, а некоторые квантовые состояния, которые не могут существовать долго. На примере фотона -- это фотон у которого импульс и энергия такие, словно он имеет массу (помните, что фотоны обычно безмассовые?), и поэтому он очень быстро распадается на что-то с удобоваримыми свойствами. В данном случае виртуальный фотон распадается на мюон-антимюонную пару.

Если такой процесс случился на LHC, а у него есть вполне определённая вероятность, которую даже не очень-то и сложно посчитать, то детекторы зафиксируют какие-то адроны и мюон/антимюон. Адроны получатся потому, что кварки и глюоны не могут оставаться свободными из-за так называемого невылетания цвета, но про это можно написать целую серию отдельных постов. Тем более квантовая хромодинамика (КХД), ответственная за взаимодействия цветных частиц, моя основная специализация. Но для нас сейчас важно, что получилась пара мюон-антимюон, которой не было в классическом составе изначальных протонов. Эти мюоны и есть те "квантовые куски" о которых я говорил, сравнивая ситуацию с разбиванием игрушек. Как если бы мы кинули будильник о стену, а из его осколков вылетел жираф.

II) Полагаю теперь понятно, что если "бить будильник", то можно найти что-то новое. Но зачем бить всё сильнее? Тут всё прозаично -- взаимодействия протонов, рождающие новые частицы, ограничены в своей возможности передать энергию в конечное состояние. Если всю энергию столкновения перевести в пару каких-то неизвестных нам частиц, то массы частиц будут ограничены половиной этой самой энергии в 13TeV. (В этой науке принято класть скорость света единицей (с=1) и измерять массу покоя энергией)

Более того, такие тяжёлые частицы не живут долго, а значит надо ещё и понять по их продуктам распада, что там что-то такое было. Для этого нужно собрать большой набор "подозрительных" событий, которые скорее всего редки. А события, где вся энергия протонов перешла в пару, можно считать вовсе не вероятными. Вот и получается, что мы весьма ограничены в поиске новых тяжёлых частиц. Ясное дело почти все "лёгкие" частицы мы уже довольно давно нашли и построили неплохую модель "всех" элементарных частиц, которую чаще всего называют просто стандартной моделью. Вот вам текущий набор частиц, которые нужны, чтобы описать наблюдаемый мир (почти):

III) А зачем искать тяжёлые частицы, если мы всё так неплохо объясняем тем, что уже и так есть? Ну, во-первых, хиггса нашли только на LHC, его как раз и не хватало. Во-вторых, мы знаем, что стандартная модель не совсем полна. Например, в неё не вписываются массы нейтрино, а они есть, в ней не хватает тёмной материи, в ней мог бы быть аксион, в неё не вписывается гравитация... Да, тёмная материя может состоять не из новых частиц, а из каких-то экзотических состояний тех, что уже в списке. Мы такие состояния пока не видим, и их всё равно надо найти и понять. Да, проблемы, решаемые аксионом, вероятно можно решить как-то иначе, скорее всего заметно сложнее, но это открытый вопрос. Ну а главное, мы всё равно видим, что в теории есть места, где концы с концами не сходятся.

Замечание: Конечно мир может оказаться проще и искать нужно совсем немного, но это уже философские вопросы о познаваемости, смысле познавать, целях человечества и человека. Короче, это довольно скучное обсуждение, которое сводится к вкусовщине -- любая философская система строится на каких-то аксиоматических постулатах. Ожидаемые же изменения в теории, скорее глобальны.

IV) Кроме поиска новых частиц, мы всё ещё многое не понимаем про старые, и вот это куда более важная задача LHC, хотя её и меньше рекламируют.

Типичный пример -- мы не понимаем, как кварки и глюоны собираются в протоны, а те, в свою очередь, в ядра. При этом описывать кварки и глюоны при высоких энергиях мы умеем весьма неплохо, но вот дальше беда -- теория нелинейна при энергиях ниже. Более того, моделируя КХД на супер-пупер компьютерах, мы видим это нелинейное поведение, то есть теория работает, но мы не понимаем как!

В частности, для изучения этой проблемы на LHC смотрят не только на столкновения протонов, но и на столкновения ядер, что позволяет производить многочастичное состояние, которое состоит из большого числа кварков и глюонов -- кварк-глюонная плазма (КГП). Полученные капли этой материи, настолько горячи -- пара триллионов градусов, что цветные частицы летают там свободно. Это происходит потому, что характерные термальные энергии каждой частицы выше точки конденсации в адроны. Наблюдая за тем, как эта материя остывает мы можем понять очень многое о том, как работает КХД. Опять же про КГП я могу очень долго писать, но это тема для другого поста.

V) Закончу этот список я следующим замечанием -- повышая энергию мы изучаем поведение мира на всё меньших дистанциях. В этом смысле коллайдеры работают как микроскопы, которые могут произвести всё более коротковолновые (высокоэнергетические) лучи, чтобы посмотреть на содержание всё более маленьких объектов.

Связь длины волны с разрешением довольно часто встречается -- это и дифракционный предел, который по сути сидит в показателе экспоненты плоской волны, и соотношение неопределённости. Действительно, если на размер изучаемого объекта приходится меньше одной длины волны, то его замылит. Так что, чтобы проверить элементарен ли тот же хиггс его надо потрясти на масштабе сравнимом с его размером.

PS: Не бейте сильно за грамматику, я очень редко пишу по-русски...

PPS: На всякий случай -- всё взято из моей собственной недавней презентации для студентов :) Картинки честно украдены из тырнетов, ставить ссыли на источники картинок совсем лень.

До сообщества достучаться не вышло...