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科学家研究粒子以及它们在瑞士大型强子对撞机等机器中的行为。大型强子对撞机可以做一些事情，比如让粒子运动得非常快或者让它们相互碰撞。
如果没有外力，粒子在大型强子对撞机这样的机器内部碰撞后，出来的时候和进去的时候是一样的。力通过释放和吸收一种被称为规范玻色子的特殊携力粒子，允许基本粒子在碰撞中相互影响。（甚至变成不同的粒子！）
物理学家可以用费曼图来表示碰撞。这样的图表显示了粒子间分散的可能性。一个费曼图只描述碰撞的一部分，需要对这些图进行总结，以完整地描述一次碰撞。
最简单的一种就是，两个电子相互靠近，交换一个光子，然后继续前进。
时间轴从左到右，波浪线是光子，实线是电子（标记为“e”）。
这张图包括了所有光子从上到下或从下到上的情况（这也是这条曲线垂直绘制的原因）：
更复杂的过程表示为更复杂的费曼图，图中具有多个虚拟粒子。例如，下图中有两个虚拟光子和两个虚拟电子：
要完整地描述每一种粒子反应，需要用无数的图表，不过谢天谢地，科学家们通常能够用最简单的图表就可以充分近似地表达实际运动情况。下图呈现了可能发生在大型强子对撞机中的质子碰撞！字母“u”“d”“b”是夸克；字母“g”代表胶子。
理查德·费曼，美国物理学家，他对光和物质相互作用的方式——即量子电动力学很感兴趣。他的工作使科学家们更好地了解粒子和波的性质。作为他在量子力学方面革命性工作的一部分，他设计了一种描绘粒子如何运动的图解方法。费曼图易于解读和理解。由于费曼图的出现，许多关于粒子及其相互作用的计算变得简单多了。1965年，他与朝永振一郎、朱利安·施温格共同被授予诺贝尔物理学奖，并成为世界上最著名的科学家之一。理查德·费曼还喜欢演奏邦加鼓。
欧洲核子研究中心是位于瑞士日内瓦附近的一个国际粒子物理实验室，横跨法国和瑞士的边境。
欧洲核子研究中心成立于1954年，作为研究基本粒子的一部分，它运行对撞机已逾50年。
首字母简写CERN全称为Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire（欧洲核子研究中心），它包括23个会员国。
1983年，超级质子同步加速器（SPS）将质子和反质子（质子的反粒子）碰撞在一起，发现了携带弱核力的W粒子和Z粒子。超级质子同步加速器建在一个周长7千米（4.35英里）的圆形隧道里，现在为大型强子对撞机输送质子。
1990年，欧洲核子研究中心的一位科学，蒂姆·伯纳斯·李发明了万维网，它作为一种允许粒子物理学家轻松共享信息的方式，现在每天都被许多人以各种各样的理由使用着！
经过3年的挖掘，一条新的圆形隧道于1988年竣工。它的周长是27千米（16.77英里），深100米（328英尺）。它容纳了大型正负电子对撞机（LEP）。大型正负电子对撞机使负电子与正电子（电子的反粒子）相撞。
1998年，开始为大型强子对撞机挖掘探测器洞穴。2000年11月，大型正负电子对撞机关闭，为同一隧道中的新对撞机让路。
大型强子对撞机于2008年9月首次全面启动。
大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器。大型强子对撞机的环形通道上有两条束流管道，每条都携带一束质子，朝相反的方向运动。它就像一个巨大的电磁跑道！
管道内部的空气几乎完全被抽了出来，形成一个和外太空一样的真空环境，这样质子就能够在不撞击空气分子的情况下运动。
大型强子对撞机是世界上最大的机器。
由于隧道是弯曲的，所以在隧道周围有超过1200个强大的磁铁来扳正质子的运动路线，这样它们就不会撞到管道内壁。磁铁是超导的，这意味着它们可以产生非常强大的磁场，且能量损耗很小。它们需要用液氦冷却到-271.3℃（-456.3°F）——比外太空还要冷！
在全功率状态下，每个质子将以超过光速99.99%的速度运动，每秒绕11245圈。每秒将有多达6亿次质子之间的正面碰撞。
除了质子对撞外，大型强子对撞机的设计还能用来对撞铅离子（铅原子的原子核）。
大型强子对撞机的核心是地球上最没有生命存在的地方！
总之，大型强子对撞机大约有9300个磁铁。
每次碰撞产生大约1 MB
的数据，大型强子对撞机探测器产生的数据甚至比最现代的存储设备都要多。计算机算法只选择最感兴趣的碰撞事件——其余99%以上的数据都会被丢弃。
即便如此，大型强子对撞机一年（2012年）的碰撞数据也达到了1500万
吉字节（相当于75000台电脑的容量，每台电脑硬盘容量200 GB），这就产生了一个存储和处理的大问题，尤其是因为需要这些数据的物理科学家遍布于世界各地。
存储和处理是将数据通过互联网快速发送到其他国家的计算机上共享来实现的。这些计算机与欧洲核子研究中心的计算机一起构成了全球大型强子对撞机计算网格。
大型强子对撞机主要有四个探测器，分别位于隧道周围不同位置的地下洞穴中。使用特殊的磁铁让两个光束沿检测器洞穴所在环的四个位置点发生碰撞。
ATLAS（超环面仪器）是迄今为止最大的粒子探测器。它长46米（51英尺），高25米（80英尺），宽25米（80英尺），重7000吨。通过探测器追踪飞行轨迹并记录能量变化来识别在高能碰撞中产生的粒子。
CMS（紧凑渺子线圈）使用不同的设计来研究与ATLAS类似的过程（有两种不同设计的探测器有助于确认发现的任何问题）。它长21米（68.9英尺），宽15米（49.2英尺），高15米（49.2英尺），但比ATLAS重，达14000吨。
ALICE（大型离子对撞器实验）探测器是专门为寻找由碰撞铅离子产生的夸克-胶子等离子体而设计的。人们认为这种等离子体在大爆炸之后不久就已经存在。ALICE长26 m（85.3英尺），宽16 m（52.5英尺），高16 m（52.5英尺），重约10000吨。
LHCb（大型离子对撞机之美
）——这个实验名字中的“美”指的就是美，或者说是被用来研究的b夸克。其目的是阐明物质和反物质之间的区别。它长21米（68.9英尺），高10米（32.8英尺），宽13米（42.6英尺），重5600吨。
粒子物理学的标准模型描述了基本力（除重力外）、传递这些力的粒子和三代物质粒子。
但是……
只有大约5%的宇宙是由我们已知的物质构成的。剩下的部分是由——暗物质和暗能量构成的吗？
为什么基本粒子会有质量？希格斯玻色子可以解释这一点。它是标准模型预测的粒子，2012年ATLAS和CMS证明了它的存在。
为什么宇宙中物质要比反物质多得多呢？在宇宙大爆炸后很短的一段时间里，夸克和胶子的温度很高，以至于它们还不能结合起来形成质子和中子——宇宙中充满了一种被称为夸克-胶子等离子体的奇怪物质状态。
1964年，英国物理学家彼得·希格斯在爱丁堡大学研究粒子，他预言除了科学家们已经知道的粒子外，肯定还有另一种粒子。这将赋予粒子质量，并使所有关于粒子的理论变得有意义。多年来，科学家们一直在寻找这种名为“希格斯玻色子”的新粒子。2012年，大型强子对撞机的物理学家们注意到了一个有趣的信号，他们认为这可能就是失踪的粒子。2013年，这种粒子被确认为希格斯玻色子。
量子力学是物理学的一个分支，研究原子和组成原子的粒子。它研究粒子和原子的运动，以及原子以光的形式吸收与释放能量的方式。原子和粒子似乎并不遵循那些我们所见之大事物所遵守的的规则。
大型强子对撞机已再现了这种等离子体，ALICE实验一直在研究它。科学家们希望通过这种方式，更深入地了解关于强大的核力和宇宙的发展。
新理论正试图将引力（以及空间和时间）引入描述其他力和亚原子粒子的量子理论中。其中一些观点表明，时空可能不仅仅是我们熟悉的四维空间。大型强子对撞机的碰撞可以让我们看到这些“额外维度”，如果它们存在的话！