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As seis áreas ao longo da circunferência do LHC que recolherão dados e conduzirão experiências são conhecidas simplesmente como detectores. Algumas delas procurarão pelo mesmo tipo de informação, ainda que não da mesma maneira. Existem quatro grandes locais de detectores e dois O detector conhecido como A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) é o maior do grupo. Mede 46 metros de comprimento por 25 de largura e 25 de altura. Em seu núcleo existe um aparelho chamado rastreador interno, que detecta e analisa o momento das partículas que passam pelo detector ATLAS. Cercando o rastreador interno existe um calorímetro. Calorímetros medem a energia de partículas ao absorvê-las. Os cientistas podem estudar o percurso tomado pelas partículas e extrapolar informações sobre elas.

O detector ATLAS conta também com um espectrômetro de múons. Os múons são partículas de carga negativa 200 vezes mais pesadas que os elétrons. Os múons conseguem atravessar um calorímetro sem parar - são a única espécie de partículas capaz de fazê-lo. O espectrômetro mede o momento de cada múon por meio de sensores de partículas carregadas. Esses sensores podem detectar flutuações no campo magnético do detector ATLAS.
O Solenóide Compacto de Múons (CMS) é outro dos grandes detectores. Como o detector ATLAS, o CMS é um detector de propósitos gerais que detectará e medirá as subpartículas liberadas durante as colisões. O detector fica dentro de um imenso ímã solenóide capaz de criar um campo magnético cerca de 100 mil vezes mais forte do que o da Terra [fonte: CMS (em inglês)].

Há também o ALICE, ou A Large Ion Collider Experiment. Os engenheiros projetaram o grande experimento de colisão de íons (ALICE) para estudar colisões entre íons de ferro. Ao promover colisões de íons de ferro de alta energia, os cientistas esperam recriar as condições que existiram logo depois do Big Bang. Esperam que os íons se desfaçam em uma mistura de quarks e glúons. Um dos principais componentes do ALICE é a Câmara de Projeção de Tempo (TPC), que examinará e reconstituirá as trajetórias das partículas. Como o ATLAS e o CMS, o detector ALICE conta também com um espectrômetro de múons.
A seguir temos o detector Large Hadron Collider beauty (LHCb). O propósito do LHCb é buscar indícios da antimatéria. Ele faz isso ao procurar por uma partícula conhecida como quark beauty. Uma série de subdetectores que cercam o ponto de colisão, estendem-se por uma distância de 20 metros. Os detectores podem ser movidos de maneiras minúsculas e precisas a fim de apanhar as partículas quark beauty, muito instáveis e que rapidamente decaem.

O experimento conhecido como TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement (TOTEM) é um dos dois detectores menores do LHC. A medição elástica e difrativa total de seção de choque determinará o tamanho dos prótons e a luminosidade do LHC. Na física de partículas, luminosidade significa o grau de precisão com que um acelerador de partículas produz colisões.

Por fim, temos o detector Large Hadron Collider forward (LHCf). Esse experimento simula raios cósmicos em um ambiente controlado e seu objetivo é ajudar cientistas a desenvolver experimentos de grande área para estudar colisões entre raios cósmicos de ocorrência natural.

Cada detector tem uma equipe de pesquisadores que varia de algumas dezenas a mais de mil cientistas. Em alguns casos, esses cientistas estarão procurando pelas mesmas informações. Para eles, é uma corrida para realizar a próxima descoberta revolucionária na física.
Como os cientistas lidarão com todos os dados que esses detectores recolherão? Mais sobre isso na próxima seção.
Fotos: De cima para baixo - Desenho mostrando um dos gráficos aguardados pela comunidade científica,Peter Higgs, cujo nome foi perpetuado no bóson de Higgs, em visitaao LHC. Créditos: CERN.

O princípio que embasa o LHC é bastante simples. Primeiro, você dispara dois feixes de partículas por dois percursos, um horário e um anti-horário. Os dois feixes são acelerados até perto da velocidade da luz. Depois, você dirige ambos os feixes um contra o outro e observa o que acontece.
O equipamento necessário para realizar esse objetivo é muito mais complexo. o LHC é apenas uma parte do complexo de aceleração de partículas mais amplo do CERN(em inglês). Antes que quaisquer prótons ou íons entrem no LHC, eles já passaram por uma série de etapas.
Vamos observar o que acontece na vida de um próton à medida que ele atravessa o processo do LHC. Primeiro, os cientistas precisam eliminar os elétrons dos átomos para produzir prótons. Em seguida, os prótons entram no LINAC 2, uma máquina que dispara feixes de prótons para um acelerador chamado PS Booster. Essas máquinas usam aparelhos conhecidos como cavidades de radiofreqüência para acelerar os prótons. As cavidades contêm um campo elétrico de radiofreqüência que acelera os feixes de prótons a velocidades ainda maiores. Ímãs gigantes produzem os campos magnéticos necessários para manter os feixes de prótons na rota. Em termos automobilísticos, pense nas cavidades de radiofreqüência como um acelerador e nos ímãs como o volante.
Assim que um feixe de prótons atinge o nível de energia requerido, o PS Booster o injeta em um novo acelerador chamado Síncotron de Superprótons (SPS). Os feixes continuam a ganhar velocidade. A essa altura, os feixes se dividiram em porções. Cada porção contém 1,1 x 1011 prótons e existem 2.808 porções por feixe [fonte: CERN (em inglês)]. O SPS injeta os feixes no LHC, um feixe viajando no sentido horário e outro no sentido anti-horário.

Dentro do LHC os feixes continuam acelerando. Isso leva aproximadamente 20 minutos. Na velocidade máxima os feixes fazem 11.245 viagens por segundo ao redor do LHC. Os dois feixes convergem para um dos seis detectores ao longo do LHC. Naquela posição, haverá 600 milhões de colisões por segundo [fonte: CERN (em inglês)].

Quando dois prótons colidem, dividem-se em partículas ainda menores. Isso inclui partículas subatômicas chamadas quarks e uma força que as mitiga chamada glúon. Os quarks são altamente instáveis e decaem em uma fração de segundo. Os detectores coletam informações acompanhando a rota das partículas subatômicas. Depois, eles enviam os dados a uma grade de sistemas de computador.
Nem todo próton colide com outro próton. Mesmo em uma máquina avançada como o LHC, é impossível dirigir feixes de partículas pequenas como os prótons de modo a garantir que cada partícula colida com outra. Os prótons que não colidem continuarão no feixe, até uma seção de contenção de feixes. Essas seções são capazes de absorver feixes se algo errado acontecer no interior do LHC (para aprender mais sobre a mecânica dos aceleradores de partículas, leia Como funcionam os aceleradores de partículas).

O LHC tem seis detectores posicionados ao longo de sua circunferência. O que esses ­detectores fazem e como trabalham? Descubra na próxima seção.
Fotos: De cima para baixo - Desenho mostrando um dos gráficos aguardados pela comunidade científica, o bóson de Higgs; Um modelo do grande colisor de hádrons no centro de visitantes do CERN, em Genebra. Créditos: CERN

O grande colisor de hádrons é uma máquina imensa e poderosa. Consiste em oito setores. Cada setor é um arco limitado em um extremo por uma seção conhecida como inserção. O perímetro da circunferência do LHC é de 27 quilômetros. Os tubos do acelerador e as câmeras de colisão ficam 100 metros abaixo do solo. Cientistas e engenheiros têm acesso ao túnel de serviço em que a maquinaria está instalada por meio de elevadores e escadas localizados em diversos pontos ao longo da circunferência do LHC. A CERN(em inglês) está construindo estruturas de superfície nas quais cientistas podem coletar e analisar os dados gerados pelo LHC.
O LHC usa ímãs para conduzir feixes de prótons que viajam a 99,99% da velocidade da luz. Eles são enormes, muitos pesando várias toneladas. Os ímãs são refrigerados a gélidos -271,25 ºC (1,9 K), o que é mais frio que o vácuo do espaço exterior.

Falando de vácuo, os feixes de prótons no interior do LHC viajam por tubos naquilo que o CERN define como "vácuo ultra-alto". A razão para criar tal vácuo é evitar introduzir partículas contra as quais os prótons possam colidir antes de atingir os pontos de colisão devidos. Mesmo uma única molécula de gás poderia causar o fracasso de uma experiência. Existem seis áreas ao longo da circunferência do LHC nas quais engenheiros poderão conduzir experiências. Pense nessas áreas como se fossem gigantescos microscópios equipados com câmeras digitais - a experiência ATLAS é um dispositivo com 45 metros de comprimento, 25 metros de altura e peso de 5.443 toneladas. O LHC e as experiências a ele conectadas abrigam cerca de 150 milhões de sensores. Os sensores coletarão dados e os enviarão a diversos sistemas de computação.
De acordo com o CERN, o volume de dados coletados durante as experiências será de 700 megabytes por segundo (MB/s). Em base anual, isso significa que o LHC recolherá 15 petabytes de dados. Um petabyte equivale a um milhão de gigabytes. Esse volume de informação equivale ao conteúdo de 100 mil DVDs. Operar o LHC consome muita energia. O CERN estima que o consumo anual de energia do colisor será de cerca de 800 mil megawatts hora (MWh). Poderia ser muito maior, mas as instalações ficarão fechadas nos meses de inverno. De acordo com o CERN, o preço dessa energia toda atingirá salgados 19 milhões de euros. Isso equivale a quase US$ 30 milhões ao ano em contas de eletricidade.
O que exatamente acontece durante uma experiência? Continue lendo para descobrir.

Fotos: De cima para baixo - Desenho mostrando um dos gráficos aguardados pela comunidade científica o bóson de Higgs; Núcleo do ímã do LHC; zista geral dos experimentos do LHC. Créditos: CERN.

Se não bastassem partículas teóricas, antimatéria e energia negra, alguns cientistas acreditam que o LHC possa revelar indícios de outras dimensões. Estamos acostumados a viver em um mundo de quatro dimensões - as três do espaço e o tempo. Mas alguns físicos teorizam que podem existir outras dimensões que não podemos perceber. Algumas teorias só fazem sentido caso existam diversas outras dimensões no universo. Por exemplo, uma versão da teoria das cordas requereria a existência de não menos que 11 dimensões.
Os proponentes da teoria das cordas esperam que o LHC possa fornecer evidências que sustentem o modelo que propõem para o universo. A teoria das cordas afirma que o bloco básico de construção do universo não é uma partícula, mas uma corda. As cordas podem ter formas abertas ou fechadas. Também podem vibrar, de maneira semelhante à da corda de um violão quando dedilhado. Diferentes vibrações fazem com que as cordas pareçam diferentes coisas. Uma corda vibrando de determinada maneira seria como um elétron. Outra corda vibrando de maneira diferente seria um neutrino.

Alguns cientistas criticam a teoria das cordas, dizendo que não existem indícios que a sustentem. Ela incorpora a gravidade ao modelo padrão - algo que os cientistas não conseguem fazer sem uma teoria adicional. Ela concilia a Teoria da Relatividade Geral de Einstein com a Teoria Quântica. Mas não há provas de que as cordas existam, até agora. Elas são pequenas demais para que se possa observá-las e atualmente não existe forma de testar sua presença. Isso levou alguns cientistas a considerar a teoria das cordas mais como filosofia do que como ciência. Alguns teóricos esperam que o LHC faça com que os críticos mudem de idéia. Eles estão em busca de sinais de supersimetria De acordo com Modelo Padrão, cada partícula tem uma antipartícula. Por exemplo, a antipartícula do elétron (que tem carga negativa) é um pósitron. A supersimetria propõe que as partículas têm superparceiras, que por sua vez têm contrapartes próprias. Isso significa que cada partícula teria três contrapartículas. Ainda que não tenhamos visto qualquer indicação de superparceiras na natureza, os teóricos esperam que o LHC prove que elas existem de fato. As superpartículas têm o potencial de explicar a matéria negra ou de ajudar a enquadrar a gravidade ao Modelo Padrão.
Qual é o tamanho do LHC? Quanta energia consumirá? Qual foi seu custo de construção? Descubra na próxima seção.
Fotos: De cima para baixo: Desenho mostrando um dos gráficos aguardados pela comunidade científica o bóson de Higgs (partícula de Deus); Edifício que abriga as instalações de pesquisa 100 metros acima do detector solenóide compacto de múons. Créditos: CERN