El LHC del CERN estudiará la física de partículas elementales en la escala de energía de los TeV (teraelectrónvoltios). Podrá encontrar el bosón de Higgs, una cuarta generación de partículas, partículas supersimétricas, candidatos a materia oscura, microagujeros negros, dimensiones superiores, y muchas otras cosas que no podemos ni imaginar (así ha ocurrido en el pasado, las sorpresas experimentales han modelado el modelo estándar). ¿Por qué se dice entonces que el objetivo del LHC del CERN es encontrar el bosón de Higgs? No, no es porque Leon Lederman escribiera un libro llamado «la partícula de Dios.» La razón es mucho más sencilla. Ni las dimensiones superiores, ni los microagujeros negros, ni la supersimetría forman parte del modelo estándar, son física más allá del modelo estándar. Sin embargo, el bosón de Higgs, o mejor dicho el mecanismo de ruptura espontánea de la simetría electrodébil, sí forma parte integral del modelo estándar. Más aún, es una de las partes más importantes del modelo estándar. El mecanismo de Higgs, el hecho de que el bosón de Higgs medie dicha ruptura de simetría, es la explicación más sencilla a esta parte del modelo estándar y es la explicación que mejor se integra con el resto del modelo estándar. Un objetivo fundamental del LHC del CERN es verificar el modelo estándar hasta sus últimas consecuencias, hasta demostrar si existe o no física más allá del modelo estándar en la escala de energías de los TeV. Pero no debemos olvidar que dicho objetivo pasa por verificar el modelo estándar y el mecanismo de Higgs es parte integral, fundamental, del modelo estándar. Si el bosón de Higgs no existe es necesaria física más allá del modelo estándar para explicar la ruptura espontánea de la simetría de la teoría electrodébil, hoy por hoy, fuera de toda duda experimental.
La supersimetría puede existir o no, pero la ruptura espontánea de la simetría de la teoría electrodébil existir existe y el LHC del CERN tendrá que clarificar sus detalles. Lo importante no es sólo saber si el bosón de Higgs existe o no, sino conocer su naturaleza, la naturaleza del mecanismo de ruptura de la simetría electrodébil. Podría haber un único bosón de Higgs o podría haber varios bosones de Higgs (como predicen varias teorías, como la supersimetría). Estos bosones podrían ser neutros (como el del modelo estándar) o cargados.
En el modelo estándar sólo existen partículas de tipo fermiones (espín 1/2) y bosones vectoriales (espín 1), pero el Higgs es una partícula (bosón) escalar (espín 0). Podría ocurrir que el bosón de Higgs no fuera una partícula elemental sino que fuera una partícula compuesta de un par fermión-antifermión de tal forma que el espín total sea cero. Muchos modelos teóricos predicen un Higgs compuesto. Un bosón de Higgs compuesto presentaría acoplamientos anómalos, diferentes de los predichos por el modelo estándar, con los bosones vectoriales W y consigo mismo (se supone que el bosón de Higgs es no lineal, se acopla consigo mismo, igual que los gluones).
El LHC del CERN tendrá que medir, si encuentra el bosón de Higgs, su acoplamiento con todas las partículas masivas del modelo estándar, tanto bosones vectoriales, como fermiones (electrones, quarks y neutrinos). Es decir, habrá que estudiar si el bosón de Higgs permite explicar, además de la masa de los bosones vectoriales W y Z, la masa de las demás partículas masivas del modelo estándar. Hay que recordar que el bosón de Higgs no explica la masa del protón o del neutrón, ya que la contribución de los quarks (de valencia) que lo constituyen es muy pequeña, siendo la mayor parte de su masa debida a la energía de enlace entre estos quarks debida a los gluones (partículas sin masa, que no se acoplan al bosón de Higgs).
La física del mecanismo de ruptura de la simetría electrodébil puede que no sea estudiada con detalle en el LHC. Por eso los físicos ya están estudiando su versión futura, el super LHC (sLHC). El LHC ha sido diseñado para que tras 5 años a máxima energía y luminosidad se alcancen unos 3o0 inversos de femtobarn (1/fb) de luminosidad integrada en 5 años (unos 700 en 10 años). El sLHC multiplicará por 10 la luminosidad del LHC y logrará alcanzará los 3000 en 5 años. A primera vista puede parecer un número enorme, pero hay que recordar que incrementar la luminosidad del LHC es mucho más fácil que incrementarla en el Tevatron (quizás ya se haya alcanzado su límite). La razón es sencilla, generar haces intensos de protones es mucho más fácil que hacerlo con antiprotones, por eso el LHC es un colisionador de hadrones protón-protón, en lugar de protón-antiprotón, como el Tevatron.
Los interesados en conocer el futuro del LHC, es decir, el superLHC, disfrutarán de las cinco conferencias en vídeo en el CERN «Scenarios and Technological Challenges for a LHC Luminosity Upgrade.» En concreto, «I. Introduction to the LHC Upgrade Program and Summary of Physics Motivations,» Lyn Evans y Michelangelo Mangano; «II. The Detector Upgrade and the Requirements on the Upgrade Scenarios,» Marzio Nessi; «III. Scenarios for the LHC Luminosity Upgrade,» Frank Zimmermann; «IV. Main Accelerator Science Challenges,» Lucio Rossi y Joachim Tuckmantel; y «V. Main Accelerator Science Challenges ,» Ralph Assmann y Roland Garoby.