Sinds de LHC operationeel werd, in 2009, heeft het complex een enorme hoeveelheid data opgeleverd. Die heeft tot de ontdekking van diverse nieuwe, tot dan toe niet waargenomen deeltjes geleid. De bekendste daarvan is ongetwijfeld de waarneming van het higgsboson, tien jaar geleden. Op 4 juli wordt de tiende verjaardag van die ontdekking gevierd en de fysici die het deeltje voorspelden, kregen in 2013 een Nobelprijs. Het higgsboson past in het Standaardmodel en is een manifestatie van het higgsveld. Deeltjes die interactie kunnen hebben met dat veld, krijgen massa.
:strip_exif()/i/1381413804.jpeg?f=imagenormal)
Ook andere deeltjes zijn gemeten tijdens Run 1 en Run 2. Zo zijn tetraquarks en pentaquarks gevonden en werden de massa's van diverse deeltjes, waaronder quarks en bosonen, nauwkeurig gemeten. Dankzij botsingen met zwaardere deeltjes als lood- en xenon-ionen kregen onderzoekers inzicht in quark-gluonplasma's. Zo verkregen de wetenschappers steeds meer empirisch bewijs voor de theoretische deeltjes en hun eigenschappen van het Standaardmodel.
Toch lijkt het momentum van de LHC-ontdekkingen wat af te nemen. Een groot deel van de echt 'nieuwe natuurkunde' werd al tijdens Run 1, van 2009 tot 2013, gedaan. De tweede run betrof veelal de verfijning van de metingen, dankzij de hogere energie waarmee botsingen plaatsvonden, en het valideren van eerdere resultaten. Er werden echter ook nieuwe ontdekkingen gedaan.
Dat patroon moet met Run 3 worden voortgezet. De hogere luminositeit waarmee wordt gewerkt, samen met flinke stappen in data-acquisitie en een kleine toename van botsingsenergie, zal waarschijnlijk evolutionair in plaats van revolutionair zijn. Dat is een van de redenen voor de toekomstige upgrade naar de HL-LHC, ofwel de High-Luminosity LHC. Die moet dankzij intensere bundels en dito botsingen meer data gaan opleveren, zodat gebeurtenissen die zo zeldzaam zijn dat ze momenteel nog door de mazen van het net kruipen, wel opgemerkt kunnen worden.
Die HL-LHC is echter pas voor het eind van dit decennium gepland. Tot die tijd moet Run 3 antwoorden geven op vragen waarop natuurkundigen vooralsnog geen antwoord hebben. Zo moet het quark-gluonplasma verder onderzocht worden om beter te begrijpen hoe de deeltjes die we kennen, zijn ontstaan. De deeltjes die we kennen, vormen slechts een klein deel van de massa die het universum moet bevatten. De resterende massa, in de vorm van donkere materie en donkere energie, is nog altijd een vraagteken. Dat geldt ook voor de discrepantie tussen de hoeveelheden materie en antimaterie.
Twee nieuwe experimenten zijn bedoeld om te onderzoeken of er natuurkunde buiten het Standaardmodel gevonden kan worden. Zo is er Faser, of het Forward Search Experiment, gemaakt om naar heel zwak interacterende deeltjes te zoeken. Dergelijke deeltjes zouden donkere materie, de massa van neutrino's en de eerdergenoemde discrepantie tussen materie en antimaterie kunnen helpen verklaren. Een deelexperiment van Faser, de Faserv-detector, moet naar neutrino's zoeken: die worden massaal geproduceerd bij botsingen, maar interacteren zo zelden met materie dat nog nooit een in een deeltjesversneller geproduceerde neutrino is gedetecteerd.
Het tweede nieuwe experiment, SND@LHC, is eveneens een neutrino-detector. Deze Scattering and Neutrino Detector at the LHC oftewel SND@LHC, moet interacties van neutrino's detecteren dankzij schijven van wolfraam waarmee door de LHC geproduceerde neutrino's hopelijk interacteren. Detectors tussen de schijven moeten deeltjes die bij dergelijke botsingen geproduceerd worden in beeld brengen. Zo heeft SND@LHC ook een muon-detector, die de verschillende soorten muonen die bij neutrino-botsingen met het wolfraam zouden ontstaan, moet kunnen detecteren.
Ook blijft de zoektocht naar een allesoverkoepelende of unificerende theorie een belangrijk doel. Zwaartekracht kan nog altijd niet goed verklaard worden, omdat er geen deeltje is gevonden dat zwaartekracht overbrengt. Het higgsveld en -boson geven deeltjes massa, maar het is niet bekend wat het deeltje is dat zwaartekracht uitwisselt. Voor de overige drie krachten, elektromagnetisme, de zwakke en sterke (kern)kracht, zijn die deeltjes wel bekend. Dat zijn achtereenvolgens fotonen, W- en Z-bosonen en gluonen. Voor de zwaartekracht is zo'n ijkboson nog niet gevonden.
Wellicht kan de geplande opvolger van de LHC, de FCC, nieuwe deeltjes en dito natuurkunde aan het licht brengen. Die Future Circular Collider moet pas na de HL-LHC-runs, ergens rond 2040, operationeel worden. Daarvoor moet dan wel eerst goedkeuring komen van deelnemende partijen; CERN moet voor 2027 een plan voor zo'n FCC klaar hebben. Vooralsnog moet die deeltjesversneller met een energie tot 100TeV gaan werken en net als in de LHC botsingen met hadronen of botsingen met elektronen en positronen gaan veroorzaken. De FCC moet een omtrek van maar liefst 80 tot 100km krijgen om die 100TeV-botsingen mogelijk te maken. Supermagneten met een veldsterkte van 16 tesla zouden dan nodig zijn. Het huidige record staat op een veldsterkte van 14,5 tesla.