Dans un anneau souterrain de 27 kilomètres de circonférence, des protons sont accélérés jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière puis projetés frontalement les uns contre les autres. Au point d'impact, des conditions comparables à celles qui régnaient dans le premier billionième de seconde après la naissance de l'Univers sont créées pendant un instant. Le détecteur CMS — une machine de plusieurs étages faite de silicium, de plomb et d'aimants supraconducteurs — capture les débris de ces collisions.

Parmi ces débris, on cherche les traces des bosons W et Z, les particules qui transmettent l'interaction faible, celle qui fait briller le Soleil et qui provoque la désintégration de certains noyaux. On les mesure avec une précision de l'ordre du dixième de pour cent : leur fréquence de production, les angles sous lesquels ils s'échappent, leur rapidité de désintégration. Une telle précision permet de déceler la moindre divergence avec la théorie, si elle existe.

Le test le plus sensible est l'angle de mélange des forces électrofaibles. Il montre comment l'électricité et l'interaction faible sont entrelacées. Un écart d'un millième de radian signifierait une nouvelle physique : des particules inconnues ou des dimensions supplémentaires. Pour l'instant, tout concorde avec les prédictions, mais la précision est telle que même un signal faible serait remarqué.

Les collisions de protons sont un outil grossier comparé aux faisceaux d'électrons purs, mais elles fournissent une statistique énorme. Des milliards d'événements permettent de moyenner les fluctuations aléatoires et d'extraire un signal qui autrement se noierait dans le bruit. Ainsi, le collisionneur se transforme en microscope pour les lois les plus fondamentales de la nature.