概述
大型強子對撞機在2008年9月10日7時30分，歐洲核子物理研究組織(CERN)将開始一次全軌道試驗，他們将首先在此環形管道中引發一道質子束，讓其在超導磁鐵的控制和加速下沿着此環形管道逆時針方向運行，使其達到接近光速的速度，即每秒鐘環繞軌道運行1萬1000次。然後科學家再以順時針方向引發另外一道質子束進行測試。接下來，科學家将相向發射質子束，讓它們撞擊、粉碎并釋放能量。
粒子對撞時将産生令人畏懼的反應能量，瞬時産生的熱度比太陽還要熱10萬倍，堪比宇宙大爆炸時出現的情況。分析師将密切關注整個撞擊過程，以尋找基本粒子。在一項長達10小時的實驗中，粒子束的運行距離可能超過100億公裡，足以在地球與海王星之間做個往返。在達到最大強度時，每一道粒子束擁有的能量相當于一輛以每小時1600公裡行進的汽車。大型強子對撞機将消耗120兆瓦特電量，相當于日内瓦所有家庭的用電量。
外形特點
由歐洲核子研究的大型強子對撞機磁體高16米，長、寬均有10多米，重達1920噸。工程技術人員專門建造了一個巨型吊架，用4根粗鋼纜吊住這個磁體，借助液壓頂泵将磁體緩慢放入隧道。它長達27公裡的環形隧道可被用來加速粒子，使其相撞，創造出與宇宙大爆炸萬億分之一秒時類似的狀态。在高能物理實驗中，粒子加速器和探測器是常用設備。探測器用來探測碰撞産生的微小粒子，記錄粒子能量、質量等信息。強子對撞機上共有4個對撞點，各裝有一個探測器，其中一個為CMS(緊湊型μ介子螺線管)探測器。
大型強子對撞機位于日内瓦附近瑞士和法國交界地區地下100米深處、總長7英裡(約合27公裡)的環形隧道内，由歐洲核子研究中心負責運行。它是來自30多個國家的5000多名科學家和工程師，投下将近20年的時間建成的，整個工程耗去54億6000萬美元。當此對撞機正式開啟時，我們将進入一個物理學的新領域，這台對撞機将研究最微小粒子并對宇宙大爆炸理論進行史上最逼真的模拟，可望将填補一些知識領域的空白甚至可能改寫一些基本理論。
工作原理
電腦繪制的對撞機整體結構圖世界上最大和最有威力的粒子加速器----大型強子對撞機(LHC)是歐洲粒子物理研究所(CERN)的加速器複合體的最新補充。大型強子對撞機主要由一個27公裡長的超導磁體環和許多促使粒子能沿着特定方向傳播的加速結構組成。在這個加速器裡面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分别通過不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處于超高真空狀态。一個強磁場促使它們圍繞那個加速環運行，這個強磁場是利用超導電磁石獲得的。
這些超導電磁石是利用特殊電纜線制成的，它們在超導狀态下進行操作，有效傳導電流，沒有電阻消耗或能量損失。要達到這種結果，大約需要将磁體冷卻到零下271攝氏度，這個溫度比外太空的溫度還低。由于這個原因，大部分加速器都與一個液态氦分流系統和其他設備相連，這個液态氦分流系統是用來冷卻磁體的。
大型強子對撞機利用數千個種類不同，型号各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長的1232雙極磁體和392四極磁體，1232雙極磁體被用來彎曲粒子束，392四極磁體每個都有5到7米長，它們被用來集中粒子流。在碰撞之前，大型強子對撞機利用另一種類型的磁體“擠壓”粒子，讓它們彼此靠的更近，以增加它們成功相撞的機會。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公裡的兩地發射出來的兩根針相撞一樣。這個加速器、它的儀器和技術方面的基礎設施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建築内。在這裡，大型強子對撞機内的粒子流将在加速器環周圍的4個區域相撞，這4個區域與粒子探測器的位置相對應。
實驗組裝
緊湊μ介子螺線管(CMS)是一種大型探測器。如同ATLAS一樣，緊湊μ介子螺線管也是多面手探測器，将探測和測量撞擊時釋放的亞粒子，包括希伯斯玻色子。雖然CMS實驗目的與ATLAS相同，都是探測構成我們宇宙的基本物質和基本力，但這個探測器的磁鐵系統卻采用了完全不同的技術和設計方案。此探測器位于巨大螺管式磁鐵中，采用圓柱形超導電纜線圈，可産生4特斯拉的磁場，相當于地球磁場的10萬倍。而且，這個巨大磁場受一個“鐵轭”限制——探測器1.25萬噸的重量大部分來自“鐵轭”。與大型強子對撞機的其它巨型探測器有所不同氖牽珻MS探測器并不是在地下而是在地上建造的，建成後分成15個部分被運至地下，最後完成組裝，這也算得上它的一大特色。共有來自近40個國家的2000多名科學家參與CMS實驗。
模拟爆炸
ALICE探測器是“大型離子撞擊實驗（ALargeIonColliderExperiment）”的簡寫，是專門用于研究離子與離子之間的撞擊情況。通過高速撞擊離子，科學家希望在實驗室條件下重造宇宙大爆炸後的即時狀況。他們期望看到此離子分裂成誇克和膠子，重造誇克-膠子等離子體，據信它們在宇宙大爆炸發生後隻存在很短的時間。它們處于這種“流體”狀态，因為早期宇宙特别熱。當它們膨脹和冷卻時，ALICE将用于研究這種誇克-膠子等離子體。ALICE的主要部件是定時發射膛(TPC)，能檢查和重建粒子軌道。像ATLAS和CMS探測器一樣，ALICE也有μ介子分光計。
現在宇宙的所有普通物質都是由原子構成，每個原子擁有一個由質子和中子構成的核子，核子周圍環繞着電子。質子和中子都是被稱之為“膠子”的其它粒子束縛誇克形成的。這種不可思議的強大束縛意味着獨立的誇克是永遠也不會被發現的。大型強子對撞機内上演撞擊時産生的高溫是太陽内部溫度的10萬倍。物理學家希望看到質子和中子會在這種高溫條件下“熔化”，并釋放被膠子束縛的誇克，從而創造出誇克-膠子等離子體，它們可能隻存在于“大爆炸”之後，當時的宇宙仍處在極度高溫之下。科學家計劃在誇克-膠子等離子體膨脹和冷卻過程中對其進行研究，觀察它如何形成最終構成當前宇宙物質的粒子。共有來自28個國家的94個研究機構的1000多名科學家參與ALICE實驗。
主要作用
LHCb實驗和搜尋反物質
大型強子對撞機完美誇克（LHCb）探測器的目的就是搜尋反物質的證據。即通過搜尋所謂的完美誇克粒子來實現其目标。此探測器撞擊點有20米長，周圍布滿一系列的亞探測器。這些探測器能以精微方向移動，以捕獲完美誇克粒子，因此它們極不穩定且衰變迅速。LHCb實驗将有助于我們理解人類為何生活在一個幾乎完全由物質而非反物質構成的宇宙。
據信在宇宙大爆炸時，物質和反物質數量相當，但我們至今沒有發現證據表明反物質的星系或恒星存在。為了查明這一點，LHCb将通過研究完美誇克粒子來探測物質和反物質之間的微小差異。LHCb探測器不同于将Atlas和CMS那樣将整個撞擊點由密封的探測器圍起來，而是使用一系列子探測器去探測前行粒子(forwardparticle)。第一個子探測器将安裝到撞擊點附近，而接下來的探測器将會一個挨一個安裝，它們的長度都超過20米。大型強子對撞機撞擊粒子束時将産生大量不同類型的誇克，然後它們将快速蛻變為其他類型。為捕捉到“完美誇克”，LHCb項目小組已開發出先進的可移動跟蹤探測器，并安裝在圍繞于大型強子對撞機周圍的光束路徑附近。LHCb項目小組由來自13個國家48所研究機構的650位科學家組成。
全截面彈性散射偵測器(TOTEM)
全截面彈性散射偵測器(TOTEM)實驗是大型強子對撞機中2個小型探測器中的一個。它将測量質子大小和大型強子對撞機的發光度，以重點分析普通實驗難以獲得的物理學原理。在粒子物理學中，發光度是指粒子加速器産生撞擊的精确度。想要做到這一點，全截面彈性散射偵測器就必須捕捉到距大型強子對撞機光束非常近的粒子。TOTEM由一組安放在稱為“羅馬罐”(Romanpot)的特制真空室的探測器組成。
“羅馬罐”同大型強子對撞機的光束管道相連裝置。8個“羅馬罐”将被一對一對地置于CMS實驗撞擊點附近的四個地點。盡管從科學意義上講這兩次實驗是獨立的，但TOTEM實驗将是CMS探測器和其他大型強子對撞機實驗所獲結果的有力補充。來自8個國家10所研究機構的50位科學家将參與TOTEM實驗。
大型強子對撞機前進（LHCf）
最後是大型強子對撞機前進（LHCf）探測器。此實驗是模仿在可控制環境下的宇宙射線。其目的是幫助科學家找到設計大區域實驗的方法，以研究自然發生的宇宙射線撞擊。宇宙射線是自然産生于外太空的帶電粒子，不斷轟擊地球大氣層。它們在高層大氣與核子相撞，産生一連串到達地面的粒子。研究大型強子對撞機内部撞擊如何引起類似的粒子串有助于科學家解釋和校準大規模宇宙射線實驗，這種實驗會覆蓋數千公裡的範圍。來自4個國家10所研究機構的22位科學家将參與LHCf實驗。
設備檢修
據國外媒體2014年初報道，目前大型強子對撞機正在進行全面升級和改造，通過本次能量提升，科學家可以獲得近一倍的初始能量，提高能量後可以完成更多的粒子對撞實驗，發現更多關于宇宙“運行機制”的奧秘。幫助科學家揭開有關我們的宇宙的工作方式的更多秘密。它為揭開暗物質之謎、找到“超對稱性”這種影響深遠的宇宙概念的證據，甚至發現有助于解釋引力之謎的額外的隐藏維度的迹象提供了可能性。
