LHC是一台加速质子对撞的高能物理装置，位于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心，位于地下100米处，环形隧道长27公里，东起瑞士日内瓦湖，西至法国汝拉山。其轨道上有4台大型探测器，每台重近1万吨。它由来自80多个国家的数千名科学家和工程师历时10余年建成。
陈和胜说，在LHC中，质子被加速到7万亿电子伏特的高能状态，相当于静止质子质量的7000倍金山物理学家，是目前最高能量记录的7倍；在隧道中相向而行的高速质子，在隧道内的四个碰撞点发生剧烈碰撞，产生更多、更小的粒子。此时，位于碰撞点的探测器会记录每次碰撞产生的各类粒子，并将数据传输到LHC的中央计算系统；一套名为“栅格网”的数据传输系统，通过专用光纤将数据传送到全球各地研究机构的计算机集群平台，全球各地的物理学家可以利用这些数据进行物理分析和研究。
为什么要花这么大功夫建造这样的装置？陈和胜说：“这个装置可以让质子产生这么高的能量，并相互对撞，这是一个全新的高能区。人类因此可以探索以前从未探索过的高能区，在这里寻找新的粒子、研究新的物理现象，这是主要目标。”
金山说，LHC实验有几个特点，从科学角度看，绝对是世界上最前沿的，用物理手段解释各种现象，从物质本身去理解物质，这是唯心主义的自然追求，它会揭示一个深刻的本质问题——质量从哪里来？
谈及中国贡献，陈和生认为，中国政府高度重视中国科学家参与LHC的建设和研究。我国科技部、国家自然科学基金委和中国科学家共同支持了CMS和ATLAS两台探测器的建设。中国多所高校也以自筹资金的方式参与了另外两台ALICE和LHCb探测器的建设，共计8000多万元人民币。“这笔钱对于我们国家来说是一笔不小的钱，我们对CMS建设的贡献大概是1%。”
在LHC全球大型网格网络平台中，中国的节点建设在中国科学院高能物理研究所，这是一个集成了上千个CPU的计算机平台。“只有我们做出贡献，才能共享全球平台。”陈和生说，“这意味着LHC实验开始后，我们可以在这里分析数据、研究物理，做出中国科学家应有的贡献。而且，随着国家经费的进一步投入，这个平台的容量有望翻一番。”
寻找希格斯玻色子
孩子们经常问妈妈：“我从哪里来？”物理学家一直在探索一个更基本的问题：质量从哪里来？宇宙是如何起源和演化的？
我们已经知道，物质是由分子构成的，分子由原子构成，原子由原子核和电子构成，原子核由质子构成，中子由夸克构成……那么，这些基本粒子的质量从何而来呢？
科学家认为，一种名为希格斯粒子的粒子赋予了其他粒子质量。上个世纪理论物理学家在建立粒子物理标准模型时，为了解决规范场粒子静止质量为零的问题，利用英国科学家彼得·希格斯提出的机制，引入了一种标量粒子，后来被称为“希格斯粒子”。
物理学家把描述基本粒子的理论称为“标准模型”，它可以解释已知世界中的大多数现象。“模型”一词表明该理论尚未完成，仍在不断发展。标准模型的主要内容形成于20世纪七八十年代，此后逐渐完善。1995年，美国费米国家实验室宣布发现顶夸克。迄今为止，描述粒子物理的标准模型所预测的61种基本粒子中，已有60种得到实验数据的支持和验证，最后一个未被发现的粒子是希格斯粒子。
为什么要建造这么庞大的装置来搜寻这些难以捉摸的粒子呢？“粒子的质量越大，产生它所需的碰撞能量就越大。”金山说，“我们不是要寻找这个或那个粒子，而是要通过研究它们来了解整个自然界或宇宙中质量的起源。物理学家认为，如果希格斯粒子存在，那么大型强子对撞机一定能够探测到这种粒子，测量它的质量，并确定它与其他粒子的相互作用。”
但如果希格斯玻色子没有找到呢？“这是同一枚硬币的两面。如果标准模型预测的希格斯玻色子存在，LHC一定会找到它，我们坚信这一点。如果没有找到，其实更有趣，因为这意味着标准模型中关于希格斯玻色子的假设是错误的，必须发明新的理论，新的挑战就会出现。从科学意义上讲，这是一个永无止境的前沿。”金山说。
如果找到了希格斯玻色子，证明了标准模型的成功，是不是意味着粒子物理学已经走到了极致呢？
“不，这只是人类认识世界的一个新起点。”陈和生说。20世纪初，英国物理学家开尔文在论证物理学的前景时说，物理学美丽的天空中飘浮着两片乌云，因为当时的物理学看似完美，只有迈克尔逊—莫雷实验和黑体辐射实验无法解释。对这两种现象的研究，导致了量子力学和相对论的诞生。但在今天的物理学天空中，却有乌云压城，因为对宇宙的最新研究表明，现代物理学只能解释宇宙中已知物质的4%，另外的96%是由暗物质和暗能量构成的，物理学对它们的本质还一无所知。这是21世纪物理学面临的新挑战。 “如果大型强子对撞机能够发现暗物质粒子，它将成为第一缕穿透乌云的阳光，彻底改变物理学天空的面貌。”
中国科学家的贡献
金山与寻找希格斯玻色子有着难解的联系。
他曾在欧洲核子研究中心大型正负电子对撞机（LEP）的寻找希格斯玻色子的研究小组工作了近六年。2000年，他的研究小组在LEP质量（10亿电子伏）处看到了希格斯玻色子存在的迹象。“当时我们看到了三个非常像希格斯玻色子的事件金山物理学家，文章发表后，在全球引起了轰动。美国的《纽约时报》和英国的BBC整天报道CERN，他们把这三个粒子称为‘黄金候选粒子’，但当时还不能确认它们就是希格斯玻色子，只是非常相似，需要大量的统计数据来证明，但我们已经把希格斯玻色子的质量下限提高了。这时候LEP的能量已经不能再提高了，需要更高能量的加速器。换句话说，只有更高能量的加速器才能产生更重的粒子。”
LEP 于 1989 年建成，主要目的是寻找希格斯玻色子；2001 年，LEP 被关闭，以腾出隧道用于建造 LHC。
2001年，金山回到中国科学院高能物理研究所攻读博士学位，负责北京正负电子对撞机北京谱仪实验的物理研究，在北京谱仪实验中发现了X1835等新粒子。2007年，他接替退休研究员担任LHC上ATLAS实验中方组组长。 对于再次踏上新的发现之旅，他十分激动：“这仿佛是一次轮回，10多年前我直接参与了LEP三个希格斯玻色子的黄金候选体的发现，今天我又参与LHC实验，再次寻找希格斯玻色子，这是一件非常激动人心的事情。ATLAS中国组按时保质完成了探测器的建造、安装和调试，下一步就是进行物理分析，得到物理结果。目前，在ATLAS实验的研究中，与希格斯玻色子有关的10个课题已经得到合作组的正式认可，我们中国组的成员被指定为其中一个课题的召集人，可以说，我们在前沿热点课题上占据了重要的一席之地。”
世界上有那么多科学家团体努力寻找希格斯玻色子，中国团队有什么优势呢？
“坦白讲，我们的优势并不明显。中国课题组在物理分析方面起步较晚，经费有限，经验相对不足。比如我们中国课题组四个单位从教授到研究生只有20多人，而德国马普所的一个相关课题组，有10多个博士后。我曾经工作过的美国威斯康星大学的希格斯课题组，已经开展了10多年的研究，所以在人力、经验、财力上，我们跟他们不在一个量级上。但我们为什么还要做呢？我觉得，在这种前沿的科学研究中，中国科学家应该做出独特的贡献，这才是我们的目标！”
从纵向看，国家投入在加大。金山说：“LEP刚建成时，中国政府投入了一定的资金，但到了后续的物理研究，投入就很少了。当时在LEP工作的很多中国科学家都在其他国家的研究组工作，他们做了很好的工作，为LEP做出了很大的贡献，但不能说是中国人的独立贡献，这是很遗憾的。现在，中国政府不仅投入了LHC的建设，还投入了建成后的物理研究，在ATLAS和CMS实验中，每个实验都投入了1000多万元，专门用于物理分析和研究。这是一个很大的进步。”
“我们是国际高能物理学不可或缺的一部分”
中国高能物理在国际上处于什么地位？LHC的建成将对中国高能物理研究产生什么影响？
陈和生说，中国科学院高能物理研究所成立于1973年，北京正负电子对撞机是在中国几代领导人的关怀下建成的，小平同志1984年参加奠基仪式，1988年参加落成典礼，并在落成典礼上发表重要讲话，“中国一定要在世界高科技领域占有一席之地”。 “经过二十多年的艰苦奋斗，高能物理所全体同志不负小平同志的期望，在北京正负电子对撞机上取得了巨大成就，在世界高能物理领域占有一席之地，对粲夸克的研究已居于世界领先地位，使一度沉寂的粲夸克物理学重新活跃起来。从2004年开始，国家投资6.4亿元对北京正负电子对撞机进行重大工程改造，预计性能将提高100倍。目前，我们已经完成建设任务，正在调试中。”
“美国、俄罗斯、日本、意大利等国的科学家也参与了北京谱仪的合作，共同研究粒子物理最前沿的问题。可以说，如果没有北京正负电子对撞机的精准研究成果，很多问题就无法得到解答。我们是世界高能物理研究的一个有机组成部分。”
“从上世纪80年代初开始，中科院就与欧洲核子研究组织建立了合作协议，有大量的人员和技术交流。我们在那里为很多实验做出了重要贡献，他们也在人才培养和技术上给予我们很多支持。今天LHC的建成，会进一步促进这种合作关系。今天大家看到LHC，也会想到要给中国的正负电子对撞机更多的支持和关注，我们希望吸引更多的年轻人来从事粒子物理研究。”陈和生说。