ملف لولبي مضغوط للميون

هذه هي النقطة في مركز الكاشف التي تحدث عندها تصادمات البروتون -بروتون بين شعاعي مصادم الهادرونات الكبير (LHC) المتعاكسين في الدوران . عند طرفي الكاشف، تُركّز المغناطيسات الشعاعين في نقطة التفاعل. عند التصادم، يبلغ نصف قطر كل شعاع 17  ميكرومترًا، وزاوية التقاطع بين الشعاعين 285  ميكروراديان.

عند أقصى إضاءة تصميمية، سيحتوي كل من شعاعي مصادم الهادرونات الكبير على 2808 حزمة من1.15 × 10 ¹¹ بروتون. الفاصل الزمني بين التقاطعات هو 25  نانوثانية، على الرغم من أن عدد التصادمات في الثانية الواحدة هو 31.6 مليون فقط بسبب الفجوات في الحزمة عند تنشيط وإلغاء تنشيط مغناطيسات الحقن.

عند أقصى سطوع، ينتج عن كل تصادم ما معدله 20 تفاعلًا بين البروتونات. تحدث التصادمات عند طاقة مركز كتلة تبلغ 8  تيرا إلكترون فولت. ولكن تجدر الإشارة إلى أنه في دراسات الفيزياء على مستوى التفاعل الكهروضعيف، تبدأ أحداث التشتت بواسطة كوارك أو غلوون واحد من كل بروتون، وبالتالي ستكون الطاقة الفعلية المتضمنة في كل تصادم أقل، حيث يتم توزيع طاقة مركز الكتلة الكلية بين هذه الكواركات والغلوونات (المحددة بواسطة دوال توزيع البارتونات ).

كان من المتوقع أن يعمل الاختبار الأول، الذي أُجري في سبتمبر 2008، بطاقة تصادم أقل تبلغ 10  تيرا إلكترون فولت، إلا أن إيقاف التشغيل في 19 سبتمبر 2008 حال دون ذلك. عند الوصول إلى هذا المستوى المستهدف، سيشهد مصادم الهادرونات الكبير انخفاضًا ملحوظًا في شدة الإشعاع، نتيجةً لانخفاض عدد حزم البروتونات في كل حزمة، وانخفاض عدد البروتونات في كل حزمة. مع ذلك، يسمح انخفاض تردد الحزم بتقليل زاوية التقاطع إلى الصفر، نظرًا لأن الحزم متباعدة بما يكفي لمنع التصادمات الثانوية في أنبوب الشعاع التجريبي.

يُعدّ زخم الجسيمات عاملاً حاسماً في فهم الأحداث التي تقع في قلب التصادم. إحدى طرق حساب زخم الجسيم هي تتبّع مساره عبر مجال مغناطيسي؛ فكلما زاد انحناء المسار، قلّ زخم الجسيم. يسجّل جهاز تتبّع الجسيمات المشحونة (CMS) المسارات التي تسلكها الجسيمات المشحونة من خلال تحديد مواقعها عند عدد من النقاط الرئيسية.

يمكن لجهاز التتبع إعادة بناء مسارات الميونات والإلكترونات والهادرونات عالية الطاقة (الجسيمات المكونة من الكواركات) بالإضافة إلى رؤية المسارات القادمة من تحلل الجسيمات قصيرة العمر للغاية مثل كواركات الجمال أو "كواركات b" التي ستستخدم لدراسة الاختلافات بين المادة والمادة المضادة.

يحتاج جهاز التتبع إلى تسجيل مسارات الجسيمات بدقة عالية مع الحفاظ على خفة وزنه لتقليل تأثيره على الجسيمات قدر الإمكان. ويتحقق ذلك من خلال قياسات دقيقة للموقع، بحيث يمكن إعادة بناء المسارات بدقة باستخدام نقاط قياس قليلة فقط. تصل دقة كل قياس إلى 10  ميكرومتر، أي جزء صغير من عرض شعرة الإنسان. كما أنه الطبقة الداخلية للكاشف، وبالتالي يستقبل أكبر كمية من الجسيمات؛ لذا تم اختيار مواد التصنيع بعناية لمقاومة الإشعاع. ^{[ 10 ]}

يتكون جهاز التتبع CMS بالكامل من السيليكون: البكسلات، التي تُمثل جوهر الكاشف وتتعامل مع أعلى كثافة للجسيمات، وكواشف الشرائح الدقيقة المصنوعة من السيليكون المحيطة بها. أثناء مرور الجسيمات عبر جهاز التتبع، تُصدر البكسلات والشرائح الدقيقة إشارات كهربائية دقيقة يتم تضخيمها وكشفها. يستخدم جهاز التتبع مستشعرات تُغطي مساحة بحجم ملعب تنس، مع 75 مليون قناة قراءة إلكترونية منفصلة: يوجد في كاشف البكسل حوالي 6000 وصلة لكل سنتيمتر مربع.

يتكون جهاز التتبع السيليكوني CMS من 14 طبقة في المنطقة المركزية و15 طبقة في الأغطية الطرفية.  تتألف الطبقات الأربع الداخلية (حتى نصف قطر 16 سم) من 100 × 150 ميكرومتر بكسل، أي 124 مليون بكسل إجمالاً. تم تحديث كاشف البكسل كجزء من المرحلة الأولى من تحديث CMS في عام 2017، حيث أُضيفت طبقة إضافية إلى كل من الأنبوب والغطاء الطرفي، وتم تقريب الطبقة الداخلية بمقدار 1.5 سم من خط الحزمة. ^{[ 11 ]}

 تتكون الطبقات الأربع التالية (حتى نصف قطر 55 سم) من شرائح سيليكون بأبعاد 10 سم × 180 ميكرومتر ، تليها الطبقات الست المتبقية من شرائح بأبعاد 25 سم × 180 ميكرومتر ، وصولاً إلى نصف قطر 1.1  متر. يوجد 9.6 مليون قناة شريطية إجمالاً.

خلال التصادمات ذات الإضاءة الكاملة، من المتوقع أن تبلغ نسبة إشغال طبقات البكسل لكل حدث 0.1%، و1-2% في طبقات الشرائح. من المتوقع أن يؤدي التحديث المرتقب لمصادم الهادرونات الكبير عالي الإضاءة (HL-LHC) إلى زيادة عدد التفاعلات إلى الحد الذي قد يؤدي فيه الإشغال الزائد إلى تقليل فعالية تحديد المسارات بشكل ملحوظ. ويجري التخطيط لتحديث يهدف إلى تحسين أداء جهاز التتبع وزيادة مقاومته للإشعاع.

يُعد هذا الجزء من الكاشف أكبر كاشف سيليكون في العالم. فهو يحتوي على 205  متر ^مربع من مستشعرات السيليكون (مساحة تقارب مساحة ملعب تنس) موزعة على 9.3 مليون مستشعر ميكروستريب، تضم 76 مليون قناة. ^{[ 12 ]}

تم تصميم المسعر الكهرومغناطيسي ( ECAL ) لقياس طاقات الإلكترونات والفوتونات بدقة عالية .

يتكون كاشف ECAL من بلورات تنجستات الرصاص (PbWO₄ ₎ . وهي مادة فائقة الكثافة وشفافة بصريًا، مثالية لإيقاف الجسيمات عالية الطاقة. تتكون بلورة تنجستات الرصاص أساسًا من المعدن، وهي أثقل من الفولاذ المقاوم للصدأ، ولكن مع وجود كمية ضئيلة من الأكسجين في هذه الحالة البلورية، تصبح شفافة للغاية وتتألق عند مرور الإلكترونات والفوتونات من خلالها. وهذا يعني أنها تُنتج ضوءًا يتناسب مع طاقة الجسيم. تُنتج هذه البلورات عالية الكثافة ضوءًا في دفعات فوتونية سريعة وقصيرة ومحددة جيدًا، مما يسمح بكاشف دقيق وسريع وصغير الحجم نسبيًا. يبلغ طول إشعاعه χ₀ = 0.89 سم، ويتميز بإنتاج ضوئي سريع، حيث يُنتج 80% من الضوء خلال زمن عبور واحد (25 نانوثانية). ومع ذلك _، يُوازن ذلك بإنتاج ضوئي منخفض نسبيًا يبلغ 30 فوتونًا لكل ميغا إلكترون فولت من الطاقة الساقطة. يبلغ حجم واجهة البلورات المستخدمة 22 مم × 22 مم وعمقها 230 مم. يتم وضعها في مصفوفة من ألياف الكربون للحفاظ على عزلها بصريًا، وهي مدعومة بثنائيات ضوئية انهيارية من السيليكون للقراءة.         

يشكل جهاز ECAL، المؤلف من قسم أسطواني وغطاءين طرفيين، طبقةً فاصلةً بين جهاز التعقب وجهاز HCAL. يتألف القسم الأسطواني من 61200 بلورة مُشكّلة في 36 وحدةً فائقة، تزن كلٌ منها حوالي ثلاثة أطنان وتحتوي على 1700 بلورة. أما الغطاءان الطرفيان المسطحان لجهاز ECAL فيُغلقان القسم الأسطواني من كلا الطرفين، ويتكونان من حوالي 15000 بلورة إضافية.

ولزيادة الدقة المكانية، يحتوي جهاز ECAL أيضًا على كواشف ما قبل الدش الضوئي، والتي تقع أمام الأغطية الطرفية. تسمح هذه الكواشف لجهاز CMS بالتمييز بين الفوتونات المفردة عالية الطاقة (والتي غالبًا ما تكون مؤشرات على ظواهر فيزيائية مثيرة) وأزواج الفوتونات المتقاربة منخفضة الطاقة الأقل أهمية.

في الأغطية الطرفية، يُغطى السطح الداخلي لجهاز ECAL بكاشف فرعي قبل الدش، يتكون من طبقتين من الرصاص تتخللهما طبقتان من كواشف شرائح السيليكون. والغرض منه هو المساعدة في التمييز بين البيون والفوتون.

يقيس مقياس السعرات الحرارية للهادرونات (HCAL) طاقة الهادرونات ، وهي جسيمات تتكون من الكواركات والغلوونات ( مثل البروتونات والنيوترونات والبيونات والكاونات ). كما يوفر قياسًا غير مباشر لوجود جسيمات غير متفاعلة وغير مشحونة مثل النيوترينوات .

يتكون جهاز HCAL من طبقات من مادة كثيفة ( نحاس أو فولاذ ) تتخللها بلاطات من مواد وميضية بلاستيكية ، تُقرأ عبر ألياف تحويل الطول الموجي بواسطة ثنائيات ضوئية هجينة . وقد تم تحديد هذا المزيج للسماح بأقصى كمية من المادة الماصة داخل ملف المغناطيس.

منطقة السرعة الزائفة العالية${\displaystyle \scriptstyle (3.0\;<\;|\eta |\;<\;5.0)}$يتم تجهيز هذا الجهاز بكاشف الهادرونيك الأمامي (HF). يقع  هذا الكاشف على بُعد 11 مترًا من جانبي نقطة التفاعل، ويستخدم تقنية مختلفة قليلاً تعتمد على مواد امتصاص فولاذية وألياف كوارتز للقراءة، مصممة لتحسين فصل الجسيمات في المنطقة الأمامية المزدحمة. يُستخدم كاشف الهادرونيك الأمامي أيضًا لقياس نظام اللمعان النسبي المباشر في تجربة CMS.

كان حوالي نصف النحاس المستخدم في الأغطية الطرفية لمدفع HCAL عبارة عن قذائف مدفعية روسية. ^{[ 13 ]}

يُعدّ مغناطيس CMS الجهاز المركزي الذي بُنيت حوله التجربة، ويتميز بمجال مغناطيسي بقوة 4 تسلا، أي أقوى بمئة ألف مرة من المجال المغناطيسي للأرض. يحتوي CMS على مغناطيس لولبي ضخم ، يسمح بتحديد نسبة الشحنة إلى الكتلة للجسيمات من خلال المسار المنحني الذي تتبعه في المجال المغناطيسي. يبلغ  طوله 13 مترًا وقطره 6  أمتار، وكانت ملفاته المبردة فائقة التوصيل المصنوعة من النيوبيوم والتيتانيوم مصممة في الأصل لإنتاج مجال مغناطيسي بقوة 4 تسلا . تم تخفيض قوة المجال التشغيلي إلى 3.8 تسلا بدلاً من القوة التصميمية الكاملة لزيادة عمر الجهاز إلى أقصى حد. ^{[ 14 ]}  

يبلغ معامل الحث المغناطيسي 14 هيرست ، والتيار الاسمي عند 4 تسلا هو 19500 أمبير ، مما ينتج عنه طاقة مخزنة إجمالية قدرها 2.66 جيجا جول ، أي ما يعادل نصف طن تقريبًا من مادة تي إن تي . توجد دوائر تفريغ لتبديد هذه الطاقة بأمان في حال انطفاء المغناطيس. تبلغ مقاومة الدائرة (وهي في الأساس الكابلات الواصلة بين محول الطاقة والمبرد ) 0.1 ملي أوم، مما يؤدي إلى ثابت زمني للدائرة يبلغ حوالي 39 ساعة. وهذا هو أطول ثابت زمني لأي دائرة في سيرن. يبلغ تيار التشغيل عند 3.8 تسلا 18160 أمبير ، مما ينتج عنه طاقة مخزنة قدرها 2.3 جيجا جول .        

تتمثل وظيفة المغناطيس الكبير في ثني مسارات الجسيمات الناتجة عن التصادمات عالية الطاقة في مصادم الهادرونات الكبير (LHC). كلما زادت كمية زخم الجسيم، قلّ انحناء مساره بفعل المجال المغناطيسي، وبالتالي فإن تتبع مساره يعطي قياسًا لزخمه. بدأ مشروع CMS بهدف امتلاك أقوى مغناطيس ممكن، لأن المجال الأقوى يُزيد من انحناء المسارات، وبالاقتران مع قياسات الموقع عالية الدقة في جهاز التتبع وكاشفات الميونات، يُتيح ذلك قياسًا دقيقًا لزخم حتى الجسيمات عالية الطاقة.

تتلاءم أجهزة التتبع والقياس الحراري (ECAL وHCAL) بإحكام داخل ملف المغناطيس، بينما تتخلل أجهزة كشف الميونات هيكلًا حديديًا ذا 12 ضلعًا يحيط بملفات المغناطيس ويحتوي المجال المغناطيسي ويوجهه. يتكون هذا "النير العائد" من ثلاث طبقات، ويمتد قطره إلى 14 مترًا، ويعمل أيضًا كمرشح، فلا يسمح بمرور سوى الميونات والجسيمات ضعيفة التفاعل مثل النيوترينوات. يوفر المغناطيس الضخم أيضًا معظم الدعم الهيكلي للتجربة، ويجب أن يكون قويًا جدًا في حد ذاته ليتحمل قوى مجاله المغناطيسي.

كما يوحي اسم "الملف اللولبي المدمج للميونات"، يُعدّ رصد الميونات أحد أهم مهام تجربة CMS. الميونات جسيمات مشحونة تشبه الإلكترونات والبوزيترونات ، لكن كتلتها أكبر منها بمئتي ضعف. نتوقع أن تُنتَج الميونات من تحلل عدد من الجسيمات الجديدة المحتملة؛ فعلى سبيل المثال، من أبرز "المؤشرات" على وجود بوزون هيغز تحلله إلى أربعة ميونات.

نظرًا لقدرة الميونات على اختراق عدة أمتار من الحديد دون فقدان كمية كبيرة من الطاقة، على عكس معظم الجسيمات، فإنها لا تتوقف عند أي من أجهزة قياس السعرات الحرارية في تجربة CMS. لذلك، وُضعت حجرات الكشف عن الميونات على حافة التجربة، حيث تُعدّ الجسيمات الوحيدة التي يُحتمل أن تُسجّل إشارة.

لتحديد الميونات وقياس زخمها، يستخدم جهاز CMS ثلاثة أنواع من الكواشف: أنابيب الانجراف (DT)، وغرف شرائح الكاثود (CSC)، وغرف الألواح المقاومة (RPC)، ومضاعف الإلكترونات الغازي (GEM). تُستخدم أنابيب الانجراف لقياسات المسار الدقيقة في المنطقة المركزية للأسطوانة ، بينما تُستخدم غرف شرائح الكاثود في الأغطية الطرفية . توفر غرف الألواح المقاومة إشارة سريعة عند مرور ميون عبر كاشف الميونات، وهي مثبتة في كل من الأسطوانة والأغطية الطرفية.

يقيس نظام أنبوب الانجراف (DT) مواقع الميونات في الجزء الأسطواني من الكاشف. يحتوي كل أنبوب، بعرض 4 سم، على سلك مشدود داخل حيز غازي. عندما يمر ميون أو أي جسيم مشحون عبر هذا الحيز، فإنه ينتزع إلكترونات من ذرات الغاز. تتبع هذه الإلكترونات المجال الكهربائي وتنتهي عند السلك المشحون إيجابياً. من خلال تسجيل موضع اصطدام الإلكترونات على طول السلك (في الرسم التوضيحي، تمتد الأسلاك إلى داخل الصفحة)، بالإضافة إلى حساب المسافة الأصلية للميون عن السلك (موضحة هنا كمسافة أفقية، تُحسب بضرب سرعة الإلكترون في الأنبوب في الزمن المستغرق)، يُعطي نظام أنبوب الانجراف إحداثيين لموقع الميون. تتكون كل حجرة من حجرات أنبوب الانجراف، بمتوسط ​​حجم 2 × 2.5 متر، من 12 طبقة من الألومنيوم، مرتبة في ثلاث مجموعات، كل مجموعة تضم أربعة أنابيب، وتحتوي كل مجموعة على ما يصل إلى 60 أنبوبًا: تقيس المجموعة الوسطى الإحداثي على طول الاتجاه الموازي للشعاع، بينما تقيس المجموعتان الخارجيتان الإحداثي العمودي.

تُستخدم حجرات شرائح الكاثود (CSC) في أقراص الغطاء الطرفي حيث يكون المجال المغناطيسي غير منتظم ومعدلات الجسيمات عالية. تتكون هذه الحجرات من مصفوفات من أسلاك "الأنود" المشحونة إيجابياً، تتقاطع مع شرائح "الكاثود" النحاسية المشحونة سلبياً داخل حيز غازي. عندما تمر الميونات، فإنها تنتزع الإلكترونات من ذرات الغاز، فتتجمع هذه الإلكترونات حول أسلاك الأنود مُحدثةً سيلًا من الإلكترونات. تتحرك الأيونات الموجبة بعيدًا عن السلك باتجاه الكاثود النحاسي، مُحدثةً أيضًا نبضة شحنة في الشرائح، بزاوية قائمة على اتجاه السلك. ولأن الشرائح والأسلاك متعامدة، نحصل على إحداثيتين مكانيتين لكل جسيم عابر. بالإضافة إلى توفير معلومات دقيقة عن المكان والزمان، فإن تقارب الأسلاك يجعل حجرات شرائح الكاثود كاشفات سريعة مناسبة للتشغيل. تحتوي كل وحدة من وحدات حجرات شرائح الكاثود على ست طبقات، مما يُمكّنها من تحديد الميونات بدقة ومطابقة مساراتها مع تلك الموجودة في جهاز التتبع.

غرف الألواح المقاومة (RPC) هي كواشف غازية سريعة توفر نظامًا لتحفيز الميونات بالتوازي مع أنظمة كواشف الديوتيريوم المنفصلة (DTs) وكواشف الفوتونات المنفصلة (CSCs). تتكون غرف الألواح المقاومة من لوحين متوازيين، أحدهما موجب الشحنة والآخر سالب الشحنة، وكلاهما مصنوع من مادة بلاستيكية ذات مقاومة عالية جدًا، ويفصل بينهما حجم من الغاز. عندما يمر ميون عبر الغرفة، تُنتزع الإلكترونات من ذرات الغاز. تصطدم هذه الإلكترونات بدورها بذرات أخرى، مما يُسبب سيلًا من الإلكترونات. الأقطاب الكهربائية شفافة للإشارة (الإلكترونات)، التي تلتقطها بدلاً من ذلك شرائح معدنية خارجية بعد تأخير زمني صغير ولكنه دقيق. يُعطي نمط الشرائح المصطدمة قياسًا سريعًا لزخم الميون، والذي يستخدمه نظام التحفيز لاتخاذ قرارات فورية بشأن ما إذا كانت البيانات تستحق الاحتفاظ بها. تجمع غرف الألواح المقاومة بين دقة مكانية جيدة ودقة زمنية تبلغ نانوثانية واحدة فقط (جزء من مليار من الثانية).

تمثل كواشف مُضاعِف الإلكترونات الغازي (GEM) نظامًا جديدًا للميونات في تجربة CMS، وذلك لاستكمال الأنظمة الموجودة في الأغطية الطرفية. تُعدّ المنطقة الأمامية الجزء الأكثر تأثرًا في تجربة CMS بجرعات الإشعاع العالية ومعدلات الأحداث المرتفعة. ستوفر حجرات GEM نقاط قياس إضافية، مما يسمح بتحديد مسارات الميونات بشكل أفضل وتغطية أوسع في المنطقة الأمامية. تتكون كواشف GEM في تجربة CMS من ثلاث طبقات، كل منها عبارة عن رقاقة من البوليميد المغلف بالنحاس بسمك 50 ميكرومتر. تُملأ هذه الحجرات بمزيج غازي من الأرجون وثاني أكسيد الكربون _، حيث يحدث التأين الأولي الناتج عن الميونات الساقطة، والذي ينتج عنه انهيار إلكتروني، مما يوفر إشارة مُضخّمة. ^{[ 15 ]}

عادةً ما تكون الجسيمات الجديدة المكتشفة في نظام CMS غير مستقرة ، وسرعان ما تتحول إلى سلسلة من الجسيمات الأخف وزنًا والأكثر استقرارًا والأكثر فهمًا. تترك الجسيمات التي تمر عبر نظام CMS أنماطًا مميزة، أو "بصمات"، في الطبقات المختلفة، مما يسمح بتحديدها. ومن ثم يمكن استنتاج وجود أي جسيمات جديدة (أو عدم وجودها).

للحصول على فرصة جيدة لإنتاج جسيم نادر، مثل بوزون هيغز ، يلزم عدد هائل من التصادمات. معظم أحداث التصادم في الكاشف "ضعيفة" ولا تُنتج تأثيرات مهمة. يبلغ حجم البيانات الخام من كل عبور حوالي 1 ميغابايت ، وهو ما ينتج عنه، بمعدل عبور 40 ميغاهرتز، 40 تيرابايت من البيانات في الثانية، وهو حجم يفوق قدرة التجربة على التخزين، ناهيك عن المعالجة السليمة. يعمل نظام التشغيل الكامل على خفض معدل الأحداث المهمة إلى 1000 حدث في الثانية، وهو معدل يمكن التحكم فيه.   

لتحقيق ذلك، تُستخدم سلسلة من مراحل "التشغيل". تُخزَّن جميع البيانات من كل عبور في مخازن مؤقتة داخل الكاشف، بينما تُستخدم كمية صغيرة من المعلومات الأساسية لإجراء حساب سريع وتقريبي لتحديد السمات المهمة، مثل النفاثات عالية الطاقة، والميونات، أو الطاقة المفقودة. يُستكمل حساب "المستوى 1" هذا في حوالي 1  ميكروثانية، ويُخفَّض معدل الأحداث بمعامل 1000 تقريبًا ليصل إلى 50  كيلوهرتز. تُجرى جميع هذه الحسابات على أجهزة سريعة مُصممة خصيصًا باستخدام مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA).

إذا تجاوز حدثٌ ما مُشغِّل المستوى الأول، تُرسَل جميع البيانات المُخزَّنة مؤقتًا في الكاشف عبر وصلات الألياف الضوئية إلى مُشغِّل المستوى العالي، وهو برنامج (مكتوب بلغة C++ في الغالب ) يعمل على خوادم حاسوبية عادية. يُتيح معدل الأحداث المنخفض في مُشغِّل المستوى العالي وقتًا لإجراء تحليل أكثر تفصيلًا للحدث مقارنةً بمُشغِّل المستوى الأول. يُخفِّض مُشغِّل المستوى العالي معدل الأحداث بمقدار 100 ضعف، ليصل إلى 1000 حدث في الثانية. تُخزَّن هذه الأحداث بعد ذلك على شريط لتحليلها لاحقًا.

تُنسخ البيانات التي اجتازت مراحل التشغيل وسُجّلت على أشرطة باستخدام الشبكة إلى مواقع إضافية حول العالم لتسهيل الوصول إليها وضمان وجود نسخ احتياطية. وبذلك، يتمكن الفيزيائيون من استخدام الشبكة للوصول إلى البيانات وإجراء تحليلاتهم عليها.

تُجرى في مركز خدمات الرعاية الطبية (CMS) مجموعة واسعة من التحليلات، بما في ذلك:

• إجراء قياسات دقيقة لجزيئات النموذج القياسي، مما يسمح بتعزيز المعرفة بهذه الجزيئات وأيضًا بالتعاون لمعايرة الكاشف وقياس أداء المكونات المختلفة.
• البحث عن أحداث ذات كميات كبيرة من الطاقة المستعرضة المفقودة، مما يشير إلى وجود جسيمات مرت عبر الكاشف دون أن تترك أثراً. في النموذج القياسي، النيوترينوات فقط هي التي تعبر الكاشف دون أن يتم رصدها، لكن مجموعة واسعة من نظريات ما وراء النموذج القياسي تتضمن جسيمات جديدة من شأنها أيضاً أن تؤدي إلى فقدان الطاقة المستعرضة.
• دراسة حركية أزواج الجسيمات الناتجة عن تحلل جسيم أصلي، مثل تحلل بوزون Z إلى زوج من الإلكترونات أو تحلل بوزون هيغز إلى زوج من ليبتونات تاو أو الفوتونات ، لتحديد الخصائص المختلفة وكتلة الجسيم الأصلي.
• النظر إلى نفاثات الجسيمات لدراسة الطريقة التي تفاعلت بها البارتونات ( الكواركات والغلوونات ) في البروتونات المتصادمة، أو للبحث عن دليل على فيزياء جديدة تتجلى في الحالات النهائية الهادرونية.
• يُعد البحث عن حالات نهائية ذات تعدد جسيمات عالٍ (كما تنبأت به العديد من نظريات الفيزياء الجديدة) استراتيجية مهمة لأن اضمحلالات الجسيمات الشائعة في النموذج القياسي نادراً ما تحتوي على عدد كبير من الجسيمات، وتلك العمليات التي تحتوي على ذلك مفهومة جيداً.