在歐洲大型強子對撞機內部，質子以299,792,455米/秒的速度通過，僅比光速慢3米/秒。高能物理領域存在一個問題，一方面，我們有粒子物理學的標準模型：描述宇宙粒子及其相互作用的量子場論。從核反應堆到放射性衰變，再到宇宙粒子，再到高能加速器，標準模型已經通過了所有設計出來的實驗測試。
另一方面，標準模型並沒有解釋一切。暗物質、暗能量、基本常數的值，以及為什麼宇宙是由物質而不是反物質構成的起源，都是懸而未決的未解之謎。當大型強子對撞機在2008年啟動時，它被設計用來尋找標準模型的最後一個堅守者：希格斯玻色子，但是它還沒有解開其他謎團。
這些粒子軌跡來自於2014年歐洲大型強子對撞機的一次高能碰撞。大型強子對撞機上令人難以置信的探測器能夠重建粒子的構成，以及它們在接近碰撞點時的表現。很簡單，我們所知道的每個粒子的屬性都是有規則的。我們所需要的是任何兩個預先存在的粒子之間的相互作用，其中：
有足夠的自由能通過愛因斯坦的E = mc^2產生新的粒子和反粒子。所有的量子守恆定律包括電荷、色電荷、自旋、角動量等都被遵守。標準模型允許創建粒子和反粒子的交互作用。高能對撞機通過遵循這個公式，不僅成功地製造出了作為標準模型一部分存在的每一個粒子，而且可以測量它們的物理性質。
標準模型中的粒子和反粒子現在都已被直接探測到，而最後一個不願被探測到的粒子希格斯玻色子，則是本世紀初在大型強子對撞機上落下的粒子。所有這些粒子都可以在歐洲大型強子對撞機的能量下產生，粒子的質量會產生基本常數，這些常數是完全描述它們所必需的。這些粒子可以用量子場理論的物理原理很好地描述。當你想到物理性質時，你可能會想到質量、電荷、大小、自旋等等。這些當然是粒子屬性的重要組成部分，但並不是一個詳盡的列表。由於標準模型允許和禁止的相互作用，大多數粒子不是無限期穩定的，而是有一個有限的壽命，在此之後它們會衰變。
由於量子物理的規則，對於「這個粒子什麼時候會衰變，它會衰變成什麼？」這個問題，沒有一個確定唯一的答案。相反，我們只有一組概率。我們可以量化一個粒子的平均壽命、它可能的衰變路徑、與每個粒子相關的概率等等。如果我們有正確的物理學理論，對這些性質的預測應該與我們從類對撞機實驗中得到的實驗結果相匹配。
粒子物理學的標準模型解釋了四種力中的三種(重力除外)、發現的全部粒子以及它們之間的所有相互作用。是否有額外的粒子和相互作用是人們可以在地球上建造的對撞機發現的，這是一個有爭議的話題，但只有當人們探索過當前的能量邊界，才能知道答案。只是，我們知道標準模型不可能是絕對正確的。當然，它似乎是一個更深層、更基本的理論版本，在某種程度上，沒有任何實驗反駁這個理論。但新粒子、場和相互作用的必要性對於完全描述已知宇宙的整體是不可否認的。
無論物理現實的最終真相是什麼，標準模型不可能是它的全部，肯定還有更多。最大的問題是：標準模型的正確性如何？如果能量達到現在的10倍、100倍或1000倍，我們還能看到新的粒子嗎？在粒子衰變的第3位、第5位或第9位有效數字上，我們是否會看到偏離其預測？或者，它會成為我們能力所及的標準模型嗎？
未來的圓形對撞機計劃是在2030年建造一個周長可達100公裡的大型強子對撞機，這幾乎是目前地下隧道長度的四倍。大型強子對撞機，到目前為止，在實驗中是絕對不可思議的。除了揭示基本粒子希格斯玻色子的標準模型之外，它還探索了能量前沿，使之達到前所未有的高值。標準模型中最重的粒子是頂夸克，大型強子對撞機探測到的能量幾乎是它的100倍。
如果有新的粒子被發現，且能量範圍約為7000 GeV/c^2，大型強子對撞機就有能力找到它們。如果在已知粒子中發現了偏離預期的、標準模型預測的行為，大型強子對撞機也有能力探測這些行為。然而，由於前所未有的大能量碰撞從未在實驗室中實現，所有的一切都只與普通的舊標準模型一致。
觀測到的希格斯粒子衰變通道與標準模型一致。到本世紀30年代，大型強子對撞機的數據量將是現在的50倍左右，但許多衰變通道的精確度仍然只有少數人知道。未來的對撞機可以將這種精確度提高几個數量級，從而揭示潛在新粒子的存在。這對粒子物理學來說雖然不是災難，但挺令人失望。在過去，當我們把能量前沿推進到新的領域時，不僅發現了正在尋找的粒子或現象，而且還發現了額外的驚喜，它們為我們提供了對現實本質的新見解。大型強子對撞機不是這樣的。
希格斯玻色子似乎是標準模型所預測的普通粒子，其衰變速率、壽命、質量、寬度或分支比沒有變化。另一種標準模型粒子，當受到這種新層次的審視時，似乎也能說明標準模型是多么正確、沒有偏差。新物理學的唯一線索是幽靈粒子，證明它們只是數據中的隨機波動，與標準模型一致。
當兩個質子碰撞時，它們的成分不僅是夸克、還有膠子及其他場的相互作用。所有這些都可以提供對單個組分自旋的觀測，並允許我們在達到足夠高的能量和亮度時創造潛在的新粒子。該領域面臨的一個重大存在主義問題是：它們將何去何從？有兩條主要途徑：
蠻力路徑。增加碰撞的能量、碰撞的次數，以及我們可以創建的每種標準模型粒子的數量，以便更好地觀察它們的衰變、分支比、壽命等。巧妙的方法，即進行特定的實驗以尋找可能導致其他標準模型之外的物理暗示的現象，如中微子振蕩、夸克膠子等離子體條件或其他奇異的場景。一定有新的可能會通過推進實驗粒子物理學的前沿而被探測到。這些選項包括新的物理、新的力、新的交互作用、新的耦合，或者任何一組奇異的場景，包括人們還沒有想到的。
當人們揭開宇宙無知的面紗，並且探索能量和精確的前沿，我們將開始獲得前所未有的數據。如果希格斯玻色子衰變的新物理學出現在小數點後7位，或者W+的衰變分支比與W-略有不同，那麼唯一可能揭示這一點的工具就是一臺新的對撞機。新粒子的特徵可以顯示為對標準模型預測的一個非常小的修正，並且產生大量的衰變粒子，如重玻色子或夸克。
此圖顯示了標準模型的結構，以一種比基於4x4方形顆粒更完整、更少誤導的方式顯示關鍵關係和模式。特別是，這個圖描述了標準模型中的所有粒子包括它們的字母名稱、質量、自旋、旋向性、電荷以及與規範玻色子的相互作用。它還描述了希格斯玻色子的作用，以及電弱對稱破缺的結構，說明希格斯真空期望值是如何破缺電弱對稱的以及剩餘粒子的性質是如何改變的。但如果不建立一個，就永遠不會知道這些超越標準模型的新的物理特徵是否會被揭示。很有可能在很多數量級的能量中都找不到。雖然新的粒子、場或相互作用確實存在，但它們可能不會在大型強子對撞機探測不到的100萬或更多倍的範圍內出現。
粒子物理學的終極噩夢不是大型強子對撞機除了希格斯玻色子什麼也找不到，也就是說，人類在地球上建造的任何對撞機都無法找到任何東西。現在，在這個時候，人們有人力，有知識基礎，有基礎設施去嘗試下一代對撞機。如果在未來幾年錯失眼前的機會，就可能永遠不會建造出唯一一臺有機會將我們帶到目前已知極限之外的機器。
當然，在標準模型之外還有新的物理學，但它可能要到能量遠遠大於地球對撞機所能達到的水平時才會出現。當然，大型強子對撞機還沒有被打敗。它目前正在進行能量和亮度的升級，這將使更多的碰撞略高於以往的能量。總的來說，大型強子對撞機在其生命周期內收集的數據僅佔其總數據的2%，只要有更多的時間和升級計劃，就可以獲得50倍的改進。隨著越來越多更好的數據，大型強子對撞機有可能揭示物理學的巨大秘密，使人們超越目前的局限。
然而，無論是否如此，了解大自然真正擁有的秘密的唯一方法就是觀察。如果不能就宇宙的本質向它提出最基本的問題，就永遠不會知道答案。當然，未來的對撞機有新的隧道、新的探測器、新的磁體和新的數據管道，因此將會非常昂貴。
與歐洲核子研究中心的大型強子對撞機和費米實驗室的Tevatron相比，擬議中的未來環形對撞機的規模更大。未來的圓形對撞機可能是迄今為止下一代對撞機最雄心勃勃的計劃。