Cern - Laboratórium pre svet

Cern - Laboratórium pre svet

1.Úvod:
Ako vznikol vesmír? Ako vzniklo Slnko? Ako vznikla Zem? Ako všetko na Zemi funguje? Toto sú veľmi často kladené otázky zaujímajúce takmer každého a nás tiež. CERN sme si vybral preto, lebo vedci z tohto výskumného strediska sa pokúšajú zistiť odpovede na tieto otázky. V CERN-e prebieha výskum Elementárnych častíc, toto je téma, ktorá nás tiež veľmi zaujíma.

V nasledujúcich riadkoch sa vám pokúsime priblížiť základy časticového sveta a ich výskumu. Možno sa Vám budú mnohé veci zdať úplne absurdné, čo je pochopiteľné. Veď mikrosvet je úplne odlišný od priestoru v ktorom žijeme - makrosveta. Cieľom našej práce nie je šokovať Vás zložitosťou a rozmanitosťou sveta častíc, ale oboznámiť Vás s problematikou, o ktorej sa medzi bežnými ľuďmi vie vo všeobecnosti veľmi málo. Zistíme informovanosť o CERN-e medzi ľuďmi
 
2.Čo vlastne CERN je
CERN (European Organization for Nuclear Research), Európske laboratórium pre fyziku častíc, je najrozsiahlejšie výskumné centrum časticovej fyziky na svete. Bolo založené v roku 1954 a od tejto doby sa toto laboratórium, ktoré bolo prvým takýmto európskym spoločným dielom, stalo príkladom úspešnej medzinárodnej spolupráce. Z pôvodných 12 podpisovateľov dohody o založení CERN-u vzrástol počet členských štátov na 20. Výskumné stredisko leží na Francúzko -Švajčiarskej hranici západne od Ženevy na úpätí pohoria Jura. So zariadením CERN-u  pracuje okolo 10 000 vedcov, čo je polovica všetkých časticových fyzikov na svete. Vedci reprezentujú 500 univerzít či iných odborných pracovísk a viacej ako 80 národností. CERN sa zaoberá čistou vedou a hľadá odpovede na najprirodzenejšie otázky: Čo je to hmota? Ako vznikla? Ako vytvára zložité objekty ako hviezdy, planéty alebo ľudské bytosti? Tím, že laboratórium skúma zloženie hmoty, hrá dôležitú úlohu v rozvoji technológií budúcnosti. Merania uskutočňované vedcami v CERN-e sú dôležitým testovacím polom i pre priemysel, lebo práve časticová fyzika vyžaduje vysokú presnosť prevedenia všetkých prístrojov. Vďaka prvotriednej technickej vybavenosti hrá stredisko CERN dôležitú úlohu i v zlepšovaní technickej vzdelanosti. Súčasný rozsah programu, odborné prípravy a kvalifikované vedenie láka do laboratória mnoho talentovaných mladých vedcov  a inžinierov. Väčšina z nich nájde uplatnenie v priemysle, kde sú vysoko cenené ich skúsenosti s prácou v mnohonárodnom prostredí. CERN  v súčasnosti stojí na samom čele ľudského hľadania, ktoré je staré ako sám človek. Úlohou laboratória je porozumieť tomu, z akých častí je hmota zložená a ako tieto časti spolu interagujú. Jeho zariadenie, urýchlovače  a detektory častíc, patria medzi najväčšie a najzložitejšie vedecké zariadenie na svete.
 
 
3.História
Dohoda o založení CERN-u bola podpísaná 29 septembra 1954 dvanástimi západo- európskymi krajinami. Akronym CERN pochádza z francúzkeho Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire čo bol názov provizórnej rady laboratória tvorenej jedenástimi európskymi vládami v roku 1952.V roku 1954 sa názov zmenil na Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (po anglicky European Organization for Nuclear Research), ale skratka sa zachovala.
 
Málo kto vie, že internet ako ho poznáme dnes vznikol v CERN-e. Dva roky po tom, ako začal s tvorbou značkovacieho jazyka HTML a protokolu HTTP Tim Berners-Lee, v auguste 1991 publikoval svoj projekt World Wide Web. Zverejnil prvé stránky organizácie CERN  vo Švajčiarsku. Niekoľko akademických a vládnych inštitúcií tiež prispelo stránkami, ale verejnosť ich zatiaľ nevidela. V roku 1994 Netscape ponúkol k stiahnutiu zadarmo prehliadač Netscape Navigator  a tým sa začala verejnosť zaujímať o dovtedy akademicko-technický internet. V roku 1996 bolo slovo „internet“ už bežne používané.
 
Pôvodný 12 členovia CERN-u v roku 1954
   Belgicko
   Dánsko
   Nemecko (najprv len západné Nemecko)
   Francúzko
   Grécko
   Taliansko
   Nórsko
   Švédsko
   Švajčiarsko
   Holandsko
   Spojené Kráľovstvo
   Juhoslávia (neskôr od projektu odstúpila)

3.1 Nobelove ceny
Jeden sen vedcov v CERN-e, dosiahnuť európske uznanie vo “veľkej“ vede sa naplnil v roku 1984, keď Carlo Rubbia(Taliansko,1934) a Simon Van der Meer(Holandsko,1925) získali Nobelovu cenu za fyziku  „za ich prínos k obrovskému projektu, ktorý viedol ku objaveniu W a Z bozónov, nosičov slabej interakcie“ Vyhotovili projekt zrážania protónov a antiprotónov v protónovom Synchrotróne (typ kruhového časticového urýchľovača).Experimentálne dokázali existenciu slabých a elektromagnetických síl a potvrdili tak elektroslabú teóriu štandardného modelu.
 
Menej ako 10 rokov potom, Georges Charpak (Poľsko,1924), fyzik CERN-u od 1959 bol v roku 1992 ocenený Nobelovou cenou za fyziku  „za vynájdenie a vývoj časticových detektorov, presnej drôtovej komory, prelomového technického zariadenia na objavovanie najskrytejších častí hmoty“. Charpakova MWPC (multiwire proportional chamber, presná drôtová komora) vynájdená v1968 a jej nasledujúci vývoj spustil éru plne elektrického časticového snímania. Jeho detektory sú tiež používané na biologický výskum a môžu nahradiť fotografické zábery v aplikovanej rádio - biológii. Zvýšená rýchlosť nahrávania, znamená kratšie a slabšie ožiarenie tela v medicínskych zariadeniach založených na rádioaktívnom a časticovom žiarení.
 
Prvý generálny riaditeľ, Felix Bloch (Švajčiarsko,1905-1983) bol ocenený  
v roku 1952 Nobelovou spolu s Edward Mills Purcellom(USA,1912-1997) „za ich príspevky k rozvoju jadrovej magnetickej rezonancie a za objavy s tým spojené“.
 
Nobelova cena za fyziku v roku 1976 bola udelená Samuel C. C. Tingovi (USA,1936) a Burton Richterovi (USA,1931), ktorý pracovali na veľkom elektrón pozitrónovom urýchľovači (LEP) „za objav ťažkých elementárnych častíc nového druhu“   
 
V roku 1988 Jack Steinberger (Nemecko,1921) pracujúci v CERN-e od 1968 bol ocenený Nobelovou cenou za fyziku spolu s Leon Ledermanom (USA,1922) a Mel Schwartzom (USA,1932-2006) „Za prvé použitie zväzku neutíin a za objav mionového neutrína“. Objav uskutočnený v 1962 v americkom Brookhaven National Laboratory dokázal že existuje viac ako jeden druh neutrína.
 
4. Popis elementárnych častíc
4.1 Rozdelenie častíc
Vedci rozdeľujú častice podľa mnohých kritérií. Rozhodli som sa uviesť tu rozdelenie podľa deliteľnosti. Základné častice už z nijakých menších častíc nepozostávajú, kým zložené častice pozostávajú zo základných. Do tohto rozdelenia nezapadajú všetky častice (rôzne exotické alebo slabo interagujúce častice).
Základné častice:

- Leptóny (elektrón, neutríno...)
- Kvarky (up kvark, down kvark…)
- Kalibračné bozóny (fotón, gluón, W a Z bozóny…)

Zložené častice - Hadróny:
- Baryóny  (protón, neutrón…)
- Mezóny (pión, kaón…) 

4.2 Atóm
Každý atóm sa skladá z jadra a obalu. V jadre sa nachádzajú protóny s kladným jednotkovým nábojom a neutróny s nulovým nábojom, ktoré sa ďalej skladajú z kvarkov Počet protónov v jadre sa označuje ako protónové číslo. Určuje príslušnosť atómu k určitému chemickému prvku. Podľa protónového čísla sú prvky zoradené do periodickej tabuľky. V prírode sa vyskytujú atómy s protónovým číslom od Z = 1 (vodík) po Z = 92 (urán), umelo sa podarilo vytvoriť atómové jadrá s protónovým číslom 118.
V obale atómu obiehajú elektróny so záporným jednotkovým nábojom. Každý elektrón v obale sa nachádza v určitom energetickom stave, ktoré sa môžu meniť. Takisto sa môže meniť aj počet elektrónov v obale. Ak je počet protónov a elektrónov v atóme rovnaký, atóm má nulový náboj, ak je počet elektrónov rozdielny od počtu protónov hovoríme o ióne, teda častici s kladným alebo záporným elektrickým nábojom.
Väčšina ľudí si predstavuje atóm tak, ako je nakreslený v encyklopédiách alebo učebniciach chémie. Treba si však uvedomiť, že tieto obrázky sú len ilustračné a skutočný atóm vyzerá celkom inak, hlavne čo sa týka pomeru veľkostí častíc a prázdna v atómovom obale. Keby sme rozmery protónu zväčšili na hrášok s polomerom 3 mm, potom by mal pri tom istom zväčšení atóm vodíka polomer vyše 300 m. Z tohto hľadiska je atóm vodíka, rovnako ako iné atómy v podstate „prázdny“.

4.3 Kvarky
V predchádzajúcej bolo spomenuté, že protóny a neutróny sa skladajú z kvarkov. Čo sú to teda kvarky? Odpoveď sa môže zdať niekomu jednoduchá, vôbec však tomu tak nie je. Kvarky sú elementárne (ďalej nedeliteľné) častice, ktoré dokážu existovať len v vnútri hadrónov teda napr. protónu, alebo neutrónu, pretože sú veľmi nestabilné Kvarky majú názvy, ktoré nesúvisia s ich reálnymi vlastnosťami:

Podľa farby:
- Červený
- Zelený
- Modrý

Podľa vône: up, down, charm, strange, top  bottom.
V prírode pozorujeme len „biele“ kombinácie kvarkov, v dôsledku toho (v súlade s pravidlami miešania farieb) kvarky vytvárajú:
1. Dvoj - kvarkové kombinácie zložené z kvarku a antikvarku - mezóny
2. Troj - kvarkové kombinácie - baryóny.
Kvarky up, charm a top majú náboj 2/3. Kvarky down, strange a bottom majú náboj -1/3.
V bežnej hmote sa vyskytujú len dve vône kvarkov a to up a down. Práve tieto kvarky tvoria náboj protónu a neutrónu. Protón má dva up kvarky a jeden down kvark. Po sčítaní nábojov dostaneme 2/3+2/3-1/3=1. Neutrón má naopak 1 up kvark a dva down kvarky. Keď sčítame ich náboje, výsledný náboj bude  2/3-1/3-1/3=0.
 
4.4 Leptóny
V súčasnosti sú známe tri generácie leptónov. Každá z generácii pozostáva z elektricky nabitého leptónu a jemu príslušného neutrína (obr. 4). Jedná sa o elektrónovú, miónovú a tau generáciu, ktoré nesú názov podľa príslušného leptónu v generácii. Existuje dvanásť rozličných leptónov, ale len elektrón a neutríno sa nachádza v obyčajnej hmote.

Elektrón je elementárna častica v obale atómu s jednotkovým záporným nábojom. Je 1836 - krát ľahší ako protón a približne 1839 - krát ľahší ako neutrón. Elektróny obiehajú okolo jadra atómu po orbitáloch, sú v atóme viazané. O elektrónoch, ktoré sa voľne pohybujú vo vákuu, vesmíre alebo v určitom médiu, hovoríme ako voľných. Pri pohybe elektrónov vzniká tok náboja - elektrický prúd. Skutočná rýchlosť elektrónov v kovových kábloch je rádovo niekoľkých mm za hodinu, hoci rýchlosť, za ktorú prúd na jednom konci kábla spôsobí prúd na druhom konci je zvyčajne 75% rýchlosti svetla.
Neutríno je najnedostupnejšia častica, akú poznáme. Jeho hmotnosť je veľmi malá v porovnaní s väčšinou elementárnych častíc, dlhú dobu sa predpokladala jeho nulová pokojová hmotnosť, posledné experimenty však ukazujú, že je nenulová. Neutrína nemajú náboj a vznikajú vo hviezdach v obrovských počtoch. Bez problémov dokážu preletieť planétou, hviezdou i jadrom galaxie. Sú svedkami udalostí, o ktorých nás nedokáže informovať ani svetlo, ani rádiové vlny. Nepolapiteľnosť neutrín je však pre fyzikov veľkým problémom. Iba zriedka sa im podarí nejaké neutríno (či presnejšie jeho stopu) zazrieť. Ako pasce na neutrína im slúžia obrovské podzemné nádrže vody s citlivými meracími prístrojmi, ktoré prelet niektorých neutrín dokážu detegovať. Ani najväčšie podzemné nádrže však nedokážu zviditeľniť neutrína tak, aby vedci mohli určiť, odkiaľ prileteli. Preto je veľmi zložité ich zachytiť.
 
4.5 Kalibračné bozóny
Kvarky a leptóny tvoria hmotu. Kalibračné bozóny sprostredkovávajú interakcie (sily) medzi nimi. Vďaka kalibračným bozónom sa protóny a neutróny nerozpadnú, držia pokope kvarky. Takisto elektrón nemôže bezdôvodne vyletieť z atómu lebo ho v ňom drží kalibračný bozón. Taktiež prenášajú gravitačnú silu čiže majú nenahraditeľnú úlohu aj v makrosvete.
Podľa sily, ktorú prenášajú sa kalibračné bozóny delia na:
1.  Gluóny
2.  Fotóny
3.  W a Z bozóny
4.  Gravitóny - zatiaľ len hypotetická častica (nebol pozorovaný)

4.6 Antičastice
Väčšina častíc hmoty má svoj náprotivok v antihmote. Antičastice majú rovnakú hmotnosť a veľkosť spinu ako častice, ale opačný náboj a orientáciu spinu. Keď sa stretne častica s antičasticou, obidve častice anihilujú (zaniknú) a z ich energie môžu vzniknúť iné častice.
 
5. Význam štúdia častíc
Všetko vo vesmíre je vytvorené z častíc, vrátane nás samotných! Vďaka práci CERN-u a iných laboratórií vo svete zaoberajúcich sa časticovou fyzikou teraz vieme, že k tomu, aby sme vysvetlili zloženie obyčajnej hmoty, potrebujeme iba štyri druhy častíc – stavebných kameňov. Tieto častice sa nazývajú: kvark u, kvark d, elektrón  a elektrónové neutríno. Zem a všetko na nej, planéty i Slnko a všetky hviezdy na oblohe sú podľa všetkého vytvorené z rovnakých štyroch základných zložiek. Je to ako stavebnica. Z kvarkov u a d sa skladajú protóny a neutróny, ktoré spoločne vytvárajú atómové jadrá. Jadrá spolu s elektrónmi v obaloch tvoria atómy, ktoré sa ďalej rôzne spájajú a vytvárajú zložitejšie objekty. Štvrtým členom rodiny je elektrónové neutríno, ktoré interagauje s ostatnou hmotou tak slabo, že ho dokážeme len ťažko pozorovať. Základné častice hmoty predstavujú len polovicu celého príbehu. Na to, aby držali pohromade, je potrebné niečo ďalšie. „Lepidlo“ má podobu síl, ktoré sú samy tvorené časticami. Častice tvoriace silu sa však veľmi odlišujú od častíc hmoty. Ich hlavnou úlohou je prenášať interakcie od jednej častice hmoty ku druhej. Gravitácia, najznámejšia sila, je zo všetkých najslabšia. Častice, o ktorej sa domnievame, že je jej nosičom, gravitón, nebola zatiaľ objavená. Na opačnom konci meradla sily je silná interakcia, ktorej nositeľom sú gluóny, ktoré držia pohromade kvarky a vytvárajú tak protóny a neutróny v atómovom jadre. Silná interakcia má kurióznu vlastnosť: Čím sú kvarky ďalej od seba, tím je pôsobenie sily medzi nimi väčšie. To znamená, že kvarky sú uväznené vnútri protónov či neutrónov. Medzi oboma krajnými pólami intenzity sa nachádzajú ďalšie dva typy interakcií: elektromagnetická, jej nosičmi sú fotóny a slabá, ktorej nosiči sú častice W a  Z bozóny.  Elektromagnetická interakcia udržuje elektróny na orbitách okolo jadra a drží pohromade atómy v chemických či biochemických molekulách. Slabá interakcia pomáha hviezdam svietiť a je tiež príčinou jedného z typov rádioaktivity (rádioaktivity beta). Tieto dve interakcie sú teraz vysvetľované pomocou jednej spoločnej teórie, nazývanej elektroslabá teória. To predstavuje dôležitý krok na ceste, ktorá vedie k jednému  z hlavných cieľov súčasnej fyziky: Nájsť jednotnú teóriu popisujúcu všetky sily v prírode.
Príroda má vo zvyku chystať nám rôzne prekvapenia. Jednou z najprekvapivejších vecí v modernej časticovej fyzike je existencia ďalších dvoch rodín častíc hmoty. Každá z nich je podobná štvorici kvark u, kvark d, elektrón a elektrónové neutríno, až na to, že sú ťažšie. Prirodzeným spôsobom sa vyskytujú jedine na exotických miestach, ako sú horúce centrá hviezd, ale sú tiež produkované na urýchľovačoch v CERN-e a podobných laboratóriách. Prečo príroda vytvára tri vzájomne podobné kópie časticových rodín, to je pre fyzikov ďalšia časť záhady, ktorá čaká na rozlúštenie. Zbierku častíc v prírode doplňuje antihmota, niečo ako „zrkadlový obraz“ obyčajnej hmoty. Antihmotu predpovedal  v roku 1928 britský fyzik Paul Dirac. Skoro potom Američan Carl David Anderson antihmotu skutočne objavil v zrážkach vysokoenergetických častíc kozmického žiarenia. Pokiaľ vieme, žiadna voľná antihmota dnes vo vesmíre neexistuje. Veríme však, že tesne po veľkom tresku, kedy vesmír vznikol, hmota a antihmota existovali v rovnováhe, teda že bolo rovnako antihmoty, ako hmoty. Čo sa s antihmotou stalo je hádankou, ktorá tiež čaká na konečné vyriešenie. Dnešní popis častíc hmoty a častíc - nosičov sily sa nazýva štandardný model. Je to veľký úspech ľudského umu, aj keď vedci vedia, že nie je bez slabín. Síce už po viac ako 20 rokov úspešne prechádza všetkými experimentálnymi testami, nie je štandardní model úplným popisom prírody. Fyzici v CERN-e prispievajú svojou prácou ku vytvoreniu dokonalejšej predstavy, ako vesmír funguje.
Štandardní model zanecháva stále príliš mnoho nezodpovedaných otázok, aby mohol byť konečnou teóriou častíc a síl. Prečo majú častice hmotnosť? Sú rôzne sily v prírode len iným pohľadom na rovnakú vec? Skutočne sa nenachádza vo vesmíre žiadna antihmota? To štandardní model nepopisuje. Nový urýchľovač LHC umožní pustiť sa do hľadania odpovedí na tieto a podobné dôležité otázky.
 
6. LHC – Large Hadron Collider
  Najväčší časticový urýchľovač na svete
Výstavba LHC (Large Hadron Collider - Veľký hadrónový urýchľovač častíc) bola začatá v roku 2005. Uvedený do prevádzky mal byť v novembri 2007 ale jeho spustenie bolo niekoľko krát posunuté. Spustený bol nakoniec 10 septembra 2008. V súčasnosti je pre malú poruchu odstavený. Cieľom LHC je simulácia podmienok takzvaného Veľkého tresku. Projekt, ktorý do dnešného dňa stál vyše 6,4 miliardy eur (asi 192, 806 miliárd Sk), by mohol byť podľa Francúzskeho fyzika a riaditeľa vedeckého inštitútu CERN  Roberta Aymara prelomovým. Tunel, v ktorom sa LHC nachádza bol postavený v roku 1980 pre predchádzajúci veľký elekrón- pozitrónový urýchľovač Large Electon-Positron Collider (LEP). Tunel prechádza medzi hranicami Francúzka   a Švajčiarska v štyroch miestach. Keďže je tunel pod zemou, na povrchu sa nachádzajú niektoré budovy umožňujúce jeho existenciu (napr. kompresory, ventilácie, chladiace zariadenia a ovládacie stanice). Veľký hadrónový urýchľovač častíc je schopný vystreliť vodíkové protóny či ióny olova až na 99,9999 percenta rýchlosti svetla. Experimenty sa uskutočnujú v 27 kilometrov dlhom tuneli valcového tvaru uloženého 175 metrov pod povrchom

6.1 Ako LHC funguje
Počas pokusu vedci paralelne vystrelia dva lúče z opačných strán tunela. Silné magnety zabezpečia, aby sa tieto prúdy častíc zrazili  v štyroch obrovských komorách. Pri zrážke by mala vzniknúť teplota 100 000-krát väčšia než teplota Slnka, mali by sa tak vytvoriť podmienky Veľkého tresku - úkazu spred 13,7 miliardy rokov, ktorému sa pripisuje zásluha na vzniku vesmíru a jeho komponentov. Kolíziu budú monitorovať špičkové prístroje, ktoré o časticiach úkazu následne vytvoria 3-D obraz. Pohyby a vlastnosti častíc budú vedci neskôr za účelom pochopenia hmoty analyzovať. Predpokladá sa, že pri vyvrcholení experimentu vznikne za jednu sekundu takmer miliarda menších kolízií, z ktorých následne okolo 3 000 počítačov sústredených na povrchu vyberie 100 najdôležitejších kolízií a odošle ich cez internet na analýzu. Tunel bude počas experimentu najväčšou "chladničkou" na Zemi - teplota v ňom klesne až na - 271 stupňov Celzia, čo je menej ako teploty v ďalekom vesmíre. Teplota sa priblíži takmer na hranicu - takzvanú absolútnu nulu (teplota rovnajúca sa - 275,15 stupňov Celzia a 0 Kelvinov, v podstate sa nedá dosiahnuť, dá sa k nej len relatívne blízko priblížiť.
   
6.2 Detektory na LHC
Kolízie sa odohrávajú uprostred detektorov, produkty unikajú z miesta zrážky na všetky strany pričom musí platiť zákon zachovania hybnosti a energie. Zvyčajne veľmi blízko pri interakčnom mieste sa zisťujú trajektórie unikajúcich častíc v magnetickom poli kvôli meraniu hybnosti a potom častice nasledujú do kalorimetrov kde sa deštruktívnym spôsobom odmeria ich energia. Za kalorimetrami sa nachádzajú detektory miónov, ktoré tvrdohlavo unikajú z detektoru von. Na urýchľovači LHC sídli 5 fyzikálnych experimentov (detektorov).
 
Častice sa pohybujú v 2 kanáloch v opačných smeroch, na 4 miestach sa ich dráhy prekrížia a tam sú umiestnené detektory.

6.2.1. ATLAS – A Toroidal LHC ApparatuS
ATLAS je najväčší detektor na LHC. Je to tzv. nešpecializovaný detektor, nebol optimalizovaný pre nejakú konkrétnu úlohu. Celý detektor sa skladá z niekoľkých subdetektorov (má „šupkovytú štruktúru“) pre získanie informácií o určitých typoch častíc. Jeho globálna štruktúra je na obrázku nižšie. ATLAS nie je žiadne malé zariadenie. Jeho výška je 22 metrov, dĺžka 44 metrov a hmotnosť 7 000 ton. ATLAS je umiestení viac ako 100 metrov pod zemou. Na detektore ATLAS by sa mali skúmať teoreticky predpovedané Higgsové bozóny.  V bežnom chode bude ATLAS produkovať ohromné množstvo dát, ktoré súčasná technika nedokáže v dostatočne krátkom čase spracovať. Preto sa dáta budú redukovať a ku spracovaniu sa dostanú len fyzikálne zaujímavé udalosti. ATLAS nie je len detektor častíc, ale je to zariadenie, kde sa uplatňujú a testujú moderné technológie, ktoré je možno využiť i pre účely v bežnom živote.
 
Detektor ATLAS
 
6.2.2 CMS – Compact Muon Solenoid
Detektor CMS je zložitý komplex subdetektorov, má tvar valca s dĺžkou 21 m a výškou 16 m s hmotnosťou 12 500 ton čo z neho robí najťažší detektor v celom komplexe LHC. Častice prilietavajú zo strán a po zrážke sú produkty detekované systémom detektorov. Dokopy sú 4.

- cVnútorný detektor stôp (Tracker) slúži na presné zisťovanie polohy prelietavajúcich nabitých častíc blízko interakčného bodu.
- Elektromagnetický kalorimeter ECAL (Electromagnetic CALorimeter) je zariadenie merajúce energiu prelietavajúcich nabitých častíc, najmä elektrónov  a fotónov.
- Hadrónový kalorimeter HCAL (Hadronic CALorimeter). Častice, ktoré interagujú silne deponujú väčšinu svojej energie v tzv. hadrónovom kalorimetri, ktorý funguje podobne ako ECAL.
- Miónové komory. Mióny sú častice ktoré málo interagujú s látkou a majú dostatočnú dĺžku života na to, aby unikli z detektoru. Odnášajú však zo zrážky hybnosť a energiu a je potrebné ich jednoznačne identifikovať.
 
Detektor CMS 
6.2.3 ALICE – A Large Ion Collider Experiment
Alice bude skúmať relativistické kolízie ťažkých jadier, teda  v podstate silne interagujúcu kvark-gluónovú plazmu. Na rozdiel od obecných detektorov ako sú ATLAS alebo CMS je ALICE optimalizovaná na skúmanie zrážok nabitých iónov a nad kremíkovým detektorom stôp sa nachádza komora TPC (Time Projection Chamber), čo je v podstate veľký valec s veľkým driftovým objemom naplnený plynom, kde na koncoch sa nachádza drôtová komora MWPC. Nabité častice vytvoria ionizované stopy, ktoré sa šíria konštantnou driftovou rýchlosťou pozdĺž elektrického poľa až dodriftujú na nábojové zberné drôty komory MWPC. Trajektória častíc sa dá zrekonštruovať na základe faktu že ionizovaná stopa sa šíri konštantnou rýchlosťou k zberným elektródam komory MWPC a teda väčšia vzdialenosť od komory MWPC sa prejaví dlhším časom doletu k nim. Dĺžka detektora je 25 m, priemer 15 m a hmotnosť 10 000 ton

Detektor ALICE
6.2.4LHCb – LHC beauty
LHCb bude skúmať narušenie symetrie medzi hmotou a antihmotou v systémoch mezónov, ktoré obsahujú antikvark b a u alebo s kvark, u ktorých sa predpokladá že bude narušenie výrazné.  V porovnaní s ostatnými samostatnými detektormi na LHC je LHCb malý, vošiel by sa do kvádru 18×12×12 metrov. Váži 4 300 ton. Hlavný systém sledovania stôp častíc je umiestnený pred a za dipólovým magnetom a dokáže rekonštruovať dráhy nabitých častíc a odmerať ich hybnosť. Za ním je umiestnený druhý RICH systém, ktorý identifikuje častice s veľkou hybnosťou. Nasledujú elektromagnetické a hadrónové kalorimetre zisťujúce energiu elektrónov, fotónov a hadrónov. Takisto ako predchádzajúce detektory aj LHCb potrebuje identifikovať mióny a k tomu slúžia miónové komory na najvzdialenejšom mieste detektoru.
 
6.2.5 TOTEM – Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation
Úlohou experimentu TOTEM je presne odmerať účinný prierez protón-protónových zrážok a difrakčné procesy pri energiách, ktoré dokáže poskytnúť LHC. Nie je to experiment, ktorý by mal samostatné interakčné miesto – zdieľa miesto v dutine pod zemou s detektorom CMS