В подземном кольце длиной 27 километров протоны разгоняют почти до скорости света и сталкивают лоб в лоб. В точке удара на мгновение возникают условия, какие были в первую триллионную долю секунды после рождения Вселенной. Детектор CMS — многоэтажная машина из кремния, свинца и сверхпроводящих магнитов — ловит обломки этих столкновений.
Среди обломков ищут следы W- и Z-бозонов — частиц, которые переносят слабое взаимодействие, заставляющее Солнце светить и некоторые ядра распадаться. Их измеряют с точностью до долей процента: как часто рождаются, под какими углами разлетаются, насколько быстро распадаются. Такая точность позволяет заметить малейшее расхождение с теорией, если оно есть.
Самый чувствительный тест — угол смешивания электрослабых сил. Он показывает, как переплетены электричество и слабое взаимодействие. Отклонение на тысячную долю радиана означало бы новую физику: неизвестные частицы или дополнительные измерения. Пока всё сходится с предсказаниями, но точность такова, что даже слабый сигнал был бы замечен.
Столкновения протонов — грубый инструмент по сравнению с чистыми пучками электронов, но они дают огромную статистику. Миллиарды событий позволяют усреднить случайные флуктуации и вытащить сигнал, который иначе утонул бы в шуме. Так коллайдер превращается в микроскоп для самых фундаментальных законов природы.
Энергия столкновения протонов на Большом адронном коллайдере в 13,6 ТэВ эквивалентна энергии летящего комара, но сжата в объём в миллион миллиардов раз меньше песчинки.
В сериале «Тёмная материя» коллайдер используется для поиска частиц, объясняющих скрытую массу Вселенной — как и реальные эксперименты на CMS.