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超环面仪器也有巨大的合作圈。来自38个国家174个研究所的超过3000名科学家参与了超环面仪器的实验（2009年12月）。这项合作最早形成于1992年的两个实验——精确光子、轻子与能量测量实验（Experiment for Accurate Gamma, Lepton, and Energy Measurements, EAGLE）以及超导环场仪器（Apparatus with Super Conducting Toroids, ASCOT）的合作，这两者在设计上与以前的一个提案——超导超级对撞机（SSC）探测器在某些方面有着相同的面貌。1994年最终的项目书提交了，两年后资助被批准。
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两个实验在基本框架上是相似的，但是在细节的构造与应用上却不同（见图13-4）。每个实验都有不同的长处，这种互补关系使得物理学家可以交叉检验实验结果。由于粒子物理学的发现极具挑战性，两个实验有着相同的搜索目标，当它们的发现互相印证时，结果就会有更强的可信度。如果它们给出相同的结果，那么每一人都会更加确信。
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两个实验的出现也引入了一种强烈的竞争元素，这是我的同行常常提醒我的。这种竞争催促他们更快、更详细地得到结果。两个实验的成员们也在互相学习。往往一个好的办法在两个实验中都有用武之地，即便它们的应用有些不同。这种竞争与合作，与两套基于不同构造与技术的独立探测系统地交融在一起，其本质是因为两个实验拥有相同的目标。
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图13-4 超环面仪器和紧凑μ子线圈探测器的横截面（注意这个图的尺寸已经全部重新调整过）。
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我经常被问到，大型强子对撞机何时将运行我的实验以检验我和合作者提出的特定模型。答案是马上，但是他们也同时在寻找其他人的方案。
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理论物理学家通过引入新的搜索目标和新的策略来帮助寻找新物质。我们的研究目的是尽力确定新方法，以期在高能标下可以显现一些新的物理元素或新的基本作用力。这样，物理学家就可以寻找、测量以及诠释这些实验结果，进而从浩如烟海的数据中洞见隐于其中的理论实质，不论它最终呈现出何种风貌。只有当这些数据被记录下来，各个分析团队的无数实验物理学家才能研究这些信息，以确定这些数据与我们的或是其他有潜力的提案相容或是相悖。
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理论物理学家与实验物理学家接着会检查这些数据看它们是否遵从某些特殊假设。即使许多粒子寿命只有几分之一秒，即使我们没有直接观测到它们，实验物理学家也能使用数字数据来刻画这些组成物质核心的粒子，以及它们相互作用的“图像”。考虑到这些探测器与数据的复杂程度，实验物理学家总是会有很多令他们满意的信息。本章后文将为读者介绍具体这些是什么样的信息。
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超环面仪器与紧凑μ子线圈探测器
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到目前为止，我们跟随大型强子对撞机的质子从它们由氢原子中剥离出来，到它们约27公里的圆环上被加速到高能量。两个完全平行的质子束永远不相交，两束质子也不会朝着相反方向运动。接着在沿着环的几个位置上，二极磁铁将它们从其路径上分开，而四极磁铁则将它们汇聚，使两束质子可以在一个直径小于30微米的区域内相遇并相互作用。每一个探测器的质子-质子发生对撞的中心被称作相互作用点。
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实验都设置在以这些相互作用点为中心的同心球面上，吸收和记录频繁对撞的质子所发射出的众多粒子（见图13-5）。紧凑μ子线圈是圆柱状的，因为尽管两个质子束以相同速度沿着相反方向运动，对撞也倾向于包含大量在两个方向上的前向运动。事实上，因为单个质子远比粒子束小得多，绝大多数质子并不发生对撞，而是沿着粒子束管道继续直直地（只稍微有点偏转）运动下去。只有极个别的单个质子对头碰撞事件能让人感兴趣。
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图13-5 电脑绘制的紧凑μ子线圈分离示意图，显示了各个探测单元。（感谢CERN与CMS友情提供图片）
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这意味着，虽然大多数粒子继续沿着粒子束管道运行，但是潜在的有趣事件是一个与粒子束运动明显垂直的粒子束。考虑到沿着粒子束的方向粒子会广泛分散，柱形探测器被设计成可以尽可能多地探测这些相互作用产物。紧凑μ子线圈探测器被安置在法国塞西（Cessy）地下的一个质子对撞点处，该地接近日内瓦边境；而超环面仪器相互作用区域则是在瑞士梅兰镇（Meyrin）的地下，靠近欧洲核子研究中心主体建筑的地方（见图13-6，该图模拟粒子从对撞点出来，沿着超环面仪器探测器的截面射出）。
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图13-6 模拟超环面仪器探测器的一个事件。该图模拟横向粒子束穿过探测器各层（注意，图中的人物是用来进行对比的，对撞发生时是没有人处在其中的）。其中，特别的环形磁铁清晰可见。（感谢CERN与ATLAS友情提供图片）
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标准模型粒子都被其质量、自旋以及相互作用类型所刻画。不管最终产生出什么，两个实验都依赖已知标准模型的力和相互作用来探测它。那就是所有的可能性。不带电的粒子会不留痕迹地离开相互作用区。
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当实验测量标准模型的相互作用时，它们可以确认通过的是什么，这就是探测器设计出来的目的。紧凑μ子线圈与超环面仪器都测量光子、电子、μ子、τ子以及强相互作用力粒子，它们被纳入沿着几乎平行方向运动的喷射流中。检测质子对撞区域所发出粒子的探测器被设计成可以测量能量与电荷以此甄别粒子，它们还包含复杂、设计精良的计算机硬件、软件与电子器件来处理铺天盖地的数据。实验物理学家可以确认带电粒子，因为它们与其他已知的带电物质相作用。他们还发现了其他由强相互作用力联系的物质。
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探测器组件最终依赖电线与电子来记录所通过的物质——那些电子是由反应产生的粒子与探测器材料相互作用所产生的。有时因为产生了众多的电子和光子，出现了带电粒子雨（particle shower）[52] ；有时仅限于材料被记录的电荷所电离。但不管哪一种情形，电线记录信号并将之传送给物理学家以供他们在计算机上处理和分析。
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磁铁对于两个探测器都至关重要，它们对测量电荷符号与带电粒子的动量都是不可或缺的。电磁相互作用中带电粒子在磁场中根据它们运动速度的大小发生相应的偏转。有着更大动量的粒子，路径更直，并且带不同符号电荷的粒子的偏转方向不同。大型强子对撞机的粒子能量（以及动量）如此之高，实验中需要采用非常强的磁铁，才有机会测量高能带电粒子那弯曲很小的轨道。
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紧凑μ子线圈仪器是两大通用型探测器中尺寸较小的一个，但是它更重，重量高达12500吨。它的“紧凑”尺寸为：长21米、直径为15米，它比超环面仪器小，但其占地面积可以占一个网球场。
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紧凑μ子线圈最显著的特征是它的强磁场达到4特斯拉，这是它名字中“线圈”部分的由来。探测器内部的线圈由一个直径为6米的柱状超导电缆线圈组成。在探测器外围一圈的磁返回轭也非常可观，占据了绝大部分的重量，它的含铁量比巴黎埃菲尔铁塔还高。
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你也许对紧凑μ子线圈中“μ子”的来源感到好奇（我第一次听到这个名字时也一样）。快速确认高能电子与μ子（电子的较重部分，可以穿透到探测器外层）在新粒子探测中是非常重要的，因为这些高能粒子有时产生于重物质的衰变。由于这些重物质不参与强相互作用，它们很可能是新的东西，因为质子并不是自动产生它们的。而这些轻易可以确认的粒子（电子和μ子）为此可以指示从对撞中产生的衰变粒子。紧凑μ子线圈中磁场的设计初衷就是重点关注高能μ子，以便能够引发它们。这表明它将记录任何与μ子相关的事件数据，哪怕它被迫为此要牺牲掉许多其他数据。
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超环面仪器与紧凑μ子线圈相似，它的名字中也指示了磁铁的存在，因为大磁场也是它运作的一个关键。如前所述，超环面仪器的英文是“A Toroidal LHC ApparatuS”。“环面”（toroid）指的是磁铁，它的磁场没有紧凑μ子线圈那么强，但是遍布广泛 。这个巨型环形磁铁使得超环面仪器成为两个通用型探测器中尺寸更大的一个，并且是迄今为止最大的实验仪器。它长46米、直径为25米，贴合地安置于一个55米长、40米高的洞穴中。超环面仪器大约重7000吨，是紧凑μ子线圈重量的一半多。