في حلقة تحت الأرض يبلغ طولها 27 كيلومترًا، تُسرَّع البروتونات إلى سرعة تقارب سرعة الضوء وتُصطدم وجهاً لوجه. عند نقطة الاصطدام، تنشأ لحظيًا ظروف مشابهة لتلك التي كانت سائدة في أول تريليون جزء من الثانية بعد نشأة الكون. كاشف CMS — آلة متعددة الطوابق مصنوعة من السيليكون والرصاص والمغناطيسات فائقة التوصيل — يلتقط حطام هذه الاصطدامات.
بين الحطام، يُبحث عن آثار بوزونات W و Z — الجسيمات التي تحمل القوة النووية الضعيفة، التي تجعل الشمس تتوهج وبعض النوى تضمحل. تُقاس بدقة تصل إلى أجزاء من المئة: كم مرة تتولد، وتحت أي زوايا تتطاير، وبأي سرعة تضمحل. هذه الدقة تسمح برصد أي انحراف طفيف عن النظرية، إن وُجد.
الاختبار الأكثر حساسية هو زاوية خلط القوى الكهروضعيفة. وهي تُظهر كيف تتشابك الكهرومغناطيسية مع القوة النووية الضعيفة. أي انحراف بمقدار جزء من الألف من الراديان سيعني فيزياء جديدة: جسيمات غير معروفة أو أبعاد إضافية. حتى الآن، كل شيء يتوافق مع التوقعات، لكن الدقة عالية لدرجة أنه حتى الإشارة الضعيفة كانت ستُلاحظ.
اصطدامات البروتونات أداة خشنة مقارنة بحزم الإلكترونات النقية، لكنها توفر إحصاءات هائلة. مليارات الأحداث تسمح بمتوسط التقلبات العشوائية واستخراج إشارة كانت ستغرق في الضوضاء لولا ذلك. هكذا يتحول المصادم إلى مجهر لأكثر قوانين الطبيعة أساسية.
طاقة اصطدام البروتونات في مصادم الهادرونات الكبير، البالغة 13.6 تيراإلكترون فولت، تعادل طاقة بعوضة طائرة، لكنها مضغوطة في حجم أصغر بمليون مليار مرة من حبة رمل.
في مسلسل «المادة المظلمة»، يُستخدم المصادم للبحث عن جسيمات تفسر الكتلة الخفية للكون — تمامًا كما في التجارب الحقيقية على CMS.