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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。
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为了测量粒子的性质，越来越多的大型柱状探测器元件被安置在对撞发生的区域。紧凑μ子线圈与超环面仪器都有几个测量粒子轨道与电荷的嵌入单元。对撞产生的粒子首先遇到内层追踪器（inner tracker），它可以精确测量带电粒子接近对撞点的路径；接着遇到的是量能器（calorimeter），它可以测量由被截停粒子造成的能量沉积；最后是外围μ子探测器，它可以测量穿透力极高的μ子能量。每一个探测元件都有很多层级来增加每个实验的精度。我们现在从最里层的探测器出发到最外层，来一次实验之旅，以解释粒子束离开对撞点后如何变成可记录、可确认的信息。
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三个追踪器，截获信号
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仪器最里层的部分是追踪器，即用来记录带电粒子离开反应区域的位置，以便它们的路径可以得到重现并且动量可以被测量。在超环面仪器与紧凑μ子线圈中，追踪器由几个同心部件组成。最接近粒子束与相互作用点的层级，划分最精细，也能获得最多的数据。硅像素（silicon pixel）有着极其微小的探测器元件，位于最里层区域，从粒子束管道里面几个厘米的地方开始。它们专为精确地跟踪非常接近粒子密度最高的相互作用点附近的区域。硅被用在现代的电子器件中，因为它的精致结构使它可以被切割成更小的部分，而粒子探测器也看中了这一点。超环面仪器和紧凑μ子线圈的像素元件被设计成能以高分辨率探测带电粒子。通过将点与点的连接与产生粒子的相互作用点相连，在内层区域非常接近粒子束的地方，实验物理学家找到了粒子的运动轨迹。
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紧凑μ子线圈探测器的前三层沿径向（向外11厘米）排列着100～150微米量级的像素，总计6600万个。超环面仪器的内层像素探测器也有相似的精度，它最里层的探测器可以被读取的最小单元是大小为50微米×400微米的像素。超环面仪器的总像素为8200万，稍微比紧凑μ子线圈多一点。
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有着上千万元件的像素探测器需要精细的电子读数。对于两大探测器来说，电子读数系统的广度与速度以及探测器内部承受的巨大辐射是两个主要的挑战（见图13-7）。
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