Der Atlas-Detektor ist ein riesiger Zylinder, der gerade so ins Innere einer mittelalterlichen Kathedrale passen würde. Er befindet sich in einer Kaverne 80 Meter unter der Erdoberfläche. Mehr als 2000 Wissenschaftler und Ingenieure aus 35 Ländern haben den Atlas-Detektor über einen Zeitraum von 20 Jahren entwickelt. Er besteht aus 50 Millionen Sensoren, die ihre Informationen über Tausende von Kabelkilometern weiterleiten. Die spezielle Aufgabe des Atlas-Detektors ist es, herauszufinden wie Masse und Energie zusammenhängen und wie Teilchen ihre Masse bekommen.

Die Theorie hat dafür ein sogenanntes Higgs-Teilchen vorausgesagt, das im Atlas-Detektor nachgewiesen werden soll. Dabei rechnet man mit einem Higgs bei einer Anzahl von einer Billion Ereignissen. Außerdem erhofft man sich von den Versuchen mit dem Atlas-Detektor Hinweise auf die Natur der Dunklen Materie. Bis zum Beginn des Experiments wird es noch viele Probeläufe geben. Alles muss auch deshalb perfekt funktionieren, weil der Detektor fünfzehn Jahre in Betrieb sein soll, ohne dass irgendjemand die Kaverne betritt. Eine spätere Reparatur im Inneren des Detektors würde fünf Monate beanspruchen.

Der Large Hadron Collider (LHC) ist eine ringförmige Maschine, die zwei gegenläufige Protonenstrahlen auf 99,9 Prozent Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. In vier Detektoren kommen die Protonen zur Kollision. Dabei hat jeder Detektor ein eigenes experimentelles Programm. Die verschiedenen Detektoren lassen sich mit einer riesigen Digitalkamera vergleichen, die von jedem Zusammenprall der Protonen eine Aufnahme macht. Das bedeutet 600 Millionen Kollisionen pro Sekunde. Das Analyse-Prinzip ist bei allen Detektoren vergleichbar.

Da die bei einer Kollision von Protonen in der Mitte des Detektors entstehenden Teilchen Spuren hinterlassen, werden diese in den aufeinanderfolgenden Schichten des Detektors rekonstruiert und die Energie der Teilchen gemessen. Ein Auswahlsystem, das praktisch die Aufgabe übernimmt, eine Stecknadel in einer Million Heuhaufen zu suchen, ermöglicht es, aus 600 Millionen Kollisionen pro Sekunde die wenigen interessanten Zusammenstöße herauszufiltern.

Neun Kilometer vom Atlas-Detektor entfernt, auf der anderen Seite des LHC-Tunnels, befindet sich der CMS-Detektor. Er hat zwar ähnliche Aufgaben wie Atlas, ist aber anders optimiert. Beiden Detektoren ist es so möglich, ihre Ergebnisse wechselseitig zu überprüfen. Auch in den LHCb-Detektor werden hohe Erwartungen gesetzt. Er soll unter anderem Antworten auf die Frage liefern, warum es am Anfang des Universums eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie gab. Bei einem Gleichgewicht hätten sich beide annihilieren müssen. Diesem Ungleichgewicht, der einen Rest von Materie produzierte, verdanken wir die Entstehung der Welt und unserer menschlichen Existenz.

Die Theorie geht von der Annahme aus, das bestimmte Teilchen sich in Antiteilchen umwandeln können und umgekehrt. Nun gehen die Forscher der Frage nach, warum zu Beginn des Universums die Umwandlung von Antiteilchen in Teilchen die Oberhand gewonnen und so die Entstehung von Leben begünstigt hat. Für den LHCb-Detektor wurden mehr als 240.000 Kilometer Kabel verlegt. Er besteht aus mehreren verschiedenen Subdetektoren, die hintereinandergeschaltet sind.

Riesige Magnetenspulen lenken die nach der Kollision entstandenen Teilchen in bestimmte Bahnen, deren Spuren dann analysiert und vermessen werden. Die erste Komponente ist der Vertex-Locator, der einer extrem hohen Strahlenenergie ausgesetzt ist. Man hofft darauf, durch Nachweis und Studium der Bottom-Quarks mehr über das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie zu erfahren.

Der vierte Detektor, Alice, untersucht jenen Urzustand, in dem sich die Materie kurz nach dem Urknall befand und der Quark-Gluon-Plasma genannt wird. Um diesen Zustand zu erzeugen, lassen die Wissenschaftler Schwerionen kollidieren. Bei der Kollision entsteht eine Hitze von 1000 Milliarden Grad Celsius, die alle Materie zu einer Ursuppe verschmelzen lässt.