وقتی دو پروتون با سرعتی نزدیک ِ نور به هم برخورد کنند چه روی می دهد؟
تصویری از آشکارساز ذره CMS در ال اچ سی است که بیش از ۱۰۰ ذره زیر اتمی را که از یک برخورد پروتون با پروتون فوران کرده نشان می دهد.
زمانی که پروتون ها برخوردی سر به سر با هم دارند، منفجر می شوند و ابرهای گاز داغ مملو از ذرات زیر اتمی بی نظیر ایجاد می کنند.
چطور این اتفاق روی می‌دهد؟
اولین گام تبدیل هیدروژن به پروتون است.
هیدروژن عنصر خاصی است زیرا اتم هایش تنها دو جزء دارند: یک الکترون و یک پروتون.
اتم های دیگر عناصر، چندین الکترون و پروتون دارند و همچنین ذرات خنثیایی دارند که نوترون نامیده می شوند. بنابراین تفکیک پروتون ها با این روش آسان‌تر است. یک پرتو از پروتون‌های منفرد در جهت عقربه‌های ساعت ارسال می‌شوند و به دور تونل ۱۷ مایلی عظیمی در برخورد دهنده هادرونی بزرگ سرعت می گیرند؛ درحالی که پرتو دوم پروتون ها در خلاف جهت عقربه های ساعت ارسال می‌شوند.
ال اچ سی، لوله های شتاب دهنده ای دارد که سرعت پرتو پروتون را تاجایی افزایش می دهد که در کسری از ثانیه با سرعت نور حرکت کند. آهنرباهای فوق سرد در مسیر تونل قرار دارند و همانند فرمان عمل می‌کنند تا پرتوها را در مسیر نگه دارند.
زمانی که پرتوها برخورد می کنند، انرژی حاصل از ادغام آن ها برای ذوب ۴۹۹ کیلوگرم مس کافی است. یک آشکارگر ذره در هر نقطه منتظر اندازه گیری تمام ذرات زیر اتمی است که از برخورد فوران می کنند. تونل های ال اچ سی که پروتون ها در آن جریان دارند شرایطی شبه خلأ، نظیر فضای خالی بیرون از زمین دارند.
هنگامی که دو پرتو برخورد می کنند، تمام انرژی آن ها که در چنان خلأ کوچکی از فضا جمع شده منفجر می شود و توده ای را به شکل ذرات زیر اتمی تشکیل می دهد. به معادله مشهور اینشتین بیاندیشید: انرژی برابر است با E=mc2
ذرات منتشر شده از این برخوردها تنها برای کسری از ثانیه وجود دارند اما همین زمان برای آشکارسازهای ذرات کافی است تا کارشان را انجام دهند- تا وضعیت، سرعت، بار، جرم، و انرژی تمام ذرات زیر اتمی ایجاد شده را اندازه گیری کنند. برخوردها آنقدر پر انرژی هستند که بیشتر ذراتی که به عالم وجود فوران می کنند ردّی از نور پشت سر خود برجای می گذارند بنابراین تعیین وضعیتشان امکان پذیر است. اغلب آشکارگرها آهنربای قوی ای دارند که باعث می شود ذرات بسته به بار الکتریکی شان در مسیری منحنی شکل حرکت کنند.