Le grand collisionneur de hadrons, Large Hadron Collider (LHC) en anglais, est le plus puissant accélérateur de particules au monde. Il a été mis en fonction en 2008 au siège de l'organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) près de Genève en Suisse. Pour des raisons techniques et pendant ses premières années d'opération, l'énergie des faisceaux de particules dans le LHC était limitée à environ la moitié de l'énergie qui était initialement prévue. Cette première phase d'opération a néanmoins permis la découverte d'une nouvelle particule, le boson de Higgs, en 2012.

Grâce à des améliorations techniques qui ont été mises en place après la découverte du boson de Higgs, le LHC a vu une augmentation très importante de l'énergie des faisceaux de particules. En effet, depuis 2015 le LHC opère à des énergies qui sont très proches de l'énergie initialement prévue.
Les collisions de particules très énergétiques qui sont produites dans le LHC nous permettent d'explorer les lois fondamentaux de la physique dans un régime en énergie élevée qui n'a jamais été accessible auparavant. Dit dans
le jargon de la physique fondamentale, le LHC est << à la frontière en énergie >> (<< energy frontier >> en anglais). De nombreuses théories prédisent l'apparition de nouveaux phénomènes dans ce régime d'énergie. Ces phénomènes
peuvent, p.ex., se manifester par la production de nouvelles particules très massives qui n'ont pas été observées jusqu'à présent.

Dans cette présentation, nous n'allons pas tenter l'exercice de décrire l'ensemble du programme de recherche des expériences auprès du LHC. Nous allons choisir une étude typique et la discuter plus en détail et de façon accessible aux non-experts. L'exemple choisi est la recherche de nouvelles particules massives qui se désintègrent en deux photons. Les résultats de cette étude ont récemment suscité un grand intérêt dans la communauté des physiciens théoriciens. Un article dans la revue populaire Science & Vie (mai 2016) ainsi que la couverture de cette revue témoignent de cet intérêt. Le mésocentre grenoblois CIMENT a joué un rôle clé dans la prédiction du bruit de fond attendu dans cette recherche de nouvelles particules, et a ainsi permis de comparer précisément les données réelles à la théorie.