二极磁铁
二极磁铁让粒子保持在圆形轨道上：洛伦兹力使它们偏转，满足 p ≈ 0.3 · B · r。更高的能量需要更强的磁场或更大的环。LHC 有 1232 块超导二极磁铁，每块长约 15 m，在 1.9 K 下产生 8.3 T 的磁场，把 7 TeV 的质子约束在 27 km 的周长上。
“磁场”升级会加强二极磁铁，并给它们绕上铜线圈。每 10 个束流等级，整个环都会进入一个新时代。
环
七个环。第 1 环是真实的 LHC，第 2 环依据 CERN 的真实研究，从第 3 环起是未来虚构。
环
扩建环
扩建需要消耗希格斯玻色子。它会重置数据、升级和粒子库存，保留图鉴和神话粒子，让产出每环永久提高 ×1.6，抬高能量上限，并把新环的粒子加入名单。每个环都恰好带来一个新机制。
夸克教授
“新机制：扩建后亮度直接从 1 级开始，束流从一开始就会自己碰撞。扩建会重置数据和升级；图鉴和神话粒子保留，产出永久提高到 ×1.6。”
预加速器与注入
新环不是从零开始。上一个环作为完整建成、冻结的预加速器留在其中，并以你在新环中通常能达到的能量的大约十五分之一注入束流，就像真实的 SPS（450 GeV）为 LHC（7 TeV）供束一样。之后每升一级束流，新环就会继续扩建。
大型加速器不会从零开始：较小的环先把束流加速到注入能量。SPS 以 450 GeV 向 LHC 输送质子，LHC 再把它们提升到 7 TeV，约为十五倍。对 FCC 来说，LHC 将以约 3.3 TeV 充当预加速器，新环则可达约 50 TeV。SPS 位于 LHC 圆环内侧、靠外侧（Meyrin 一带）；两条很短的传输线（TI 2 和 TI 8）沿切线把 LHC 的两束束流分别向相反方向注入。FCC 方案同样把 LHC 放在 91 公里大环的外侧。
夸克教授
“旧环（LHC 环）现在充当预加速器，就像在 CERN，SPS 以 450 GeV 把束流送入 LHC。所以你的束流从 375.8 GeV 开始，约为这个环所能达到能量的十五分之一。每提升一级束流，新环就会明显地多建一些。”
第 1 环的预加速链
1
Linac（直线加速器）
在加速链的起点，Linac 4 把负氢离子加速到 160 MeV；注入增强器时，它们的电子被剥离，只剩下质子。直线段不需要偏转磁铁，因此不会发出同步辐射光。
2
质子同步加速器增强器
增强器由四个上下叠放、周长 157 m 的环组成。它把质子提升到 2 GeV，并把束团合并，以便填充下一台同步加速器。
3
质子同步加速器（PS）
PS 于 1959 年投入运行：周长 628 m，质子能量最高 26 GeV，至今仍是 CERN 的分配中枢。它把束团整形成 LHC 之后所需的 25 ns 间隔。
4
超级质子同步加速器（SPS）
SPS 周长近 7 km，在质子进入 LHC 之前把它们加速到 450 GeV。1983 年，它作为质子–反质子对撞机运行时，发现了 W 和 Z 玻色子。两条传输线把束流沿切线引入主环。
探测器层层生长
碰撞点周围的探测器由一层层外壳构成。子探测器每升一级，都会增加可见的材料，从内部的顶点层到外部的 μ 子室。
束流管与碰撞点
中心是处于超高真空（约 10⁻¹⁰ mbar）中的束流管，这样质子就不会被气体原子散射；在探测器处，它由铍制成，几乎不会减慢粒子。反向运行的束团在这里交叉，其中只有一小部分质子真正发生碰撞。
所有碰撞都发生在这里。束流能量决定能产生哪些粒子。
顶点探测器
最内层的硅像素距碰撞点只有几厘米。它能把径迹测到几微米的精度，并找出径迹的起点。B 强子或 τ 子等粒子在衰变前会飞行零点几毫米到几毫米——偏离的次级顶点会暴露它们。
增强具有位移衰变的粒子：τ、J/ψ、B 强子、顶夸克、LQ 和 N。
径迹探测器
硅微条和硅像素在许多点上测量带电粒子的飞行路径。磁场（CMS 3.8 T，ATLAS 2 T）使路径弯曲：由半径得出动量，p ≈ 0.3 · B · r（p 以 GeV/c、B 以特斯拉、r 以米为单位），由弯曲方向得出电荷的正负。中性粒子不留下径迹。
增强会留下径迹的带电粒子：π、K、p、W 以及重的带电粒子。
螺线管（磁体线圈）
超导线圈产生平行于束流轴的磁场（CMS 3.8 T，ATLAS 2 T）。带电粒子在其中沿圆弧运动：动量越大，路径越直。线圈用液氦冷却到约 4.5 K。
线圈随磁场升级而增大，这项升级也会加强环上的二极磁铁。
电磁量能器
电子和光子在致密材料中引发由电子、正电子和光子组成的簇射，直到全部能量被吸收并测量（ATLAS：铅和液氩，CMS：钨酸铅晶体）。希格斯玻色子也是在 2012 年通过衰变为两个光子被发现的。
增强电子、光子、希格斯以及其他在这里沉积能量的粒子。
强子量能器
π 介子、质子或中子等强子在钢或黄铜（分别对应 ATLAS 和 CMS）中通过强相互作用引发级联；量能器由此测量整个喷注的能量。中微子和 μ 子几乎不被察觉地穿过。
属于“量能器”升级：3 级起出现强子外壳。
μ 子系统
μ 子比电子重约 200 倍，辐射很少，因此能穿透它前面的一切。所以漂移管和 μ 子室安装在最外侧：在那里仍能产生信号的，几乎总是 μ 子。像 Z → μμ 这样的衰变因此特别容易干净地识别。
增强 μ 子、Z、Z′ 和 A′。等级越高，外侧站点越多——探测器随之变大。
环形磁铁
ATLAS 在束流轴周围有八个大型环形线圈。它们在 μ 子系统中产生第二个环形磁场，μ 子在其中再次偏转——这样就能独立于径迹探测器测量它们的动量。探测器也因此高约 25 m、长约 44 m。
μ 子室达到 4 级时，这八个线圈就会出现。
各个世界
第 1 环 · 周长 27 km
LHC 环
日内瓦盆地
LHC 位于瑞士和法国边境地下 50 至 175 m 处，西北是汝拉山，东南是阿尔卑斯山，旁边是日内瓦湖。这条 26.7 km 长的隧道最初是为 1989 年启动的电子–正电子环 LEP 挖掘的。
第 1 环是 LHC 环，周长 27 km，能量上限 20 TeV。扩建为 FCC 环的选项在环页面中。
CERN 园区. CERN 成立于 1954 年，是最大的粒子物理实验室。园区内矗立着各大实验（ATLAS、CMS、ALICE、LHCb）的大厅和探测器，它们在环上的四个点包围着束流。
第 2 环 · 周长 91 km
FCC 环
未来环形对撞机（FCC）
FCC 是 CERN 正在研究的一项计划，拟建约 91 km 的环形隧道：先作为电子–正电子对撞机（FCC-ee，希格斯和 Z 工厂），之后用于质子（FCC-hh，质心能量约 85 至 100 TeV）。它尚未获得批准。
第 2 环：日内瓦湖现在位于环内，能量上限提高到 100 TeV，亮度从 1 级开始。
第 3 环 · 周长 3,000 km
大陆环
未来虚构 · 仅指环，不指天体
横跨欧洲的大陆环
在磁铁强度固定时，可达到的能量随半径增长（E ≈ 0.3 · B · r）。一个周长 3000 km 而非 91 km 的环，用同样的磁铁能达到 FCC 三十多倍的能量，也就是几个 PeV。没有人在建这样的东西。
第 3 环：双束流——每十次碰撞中有一次算两次。这个环是未来虚构。
第 4 环 · 周长 40,000 km
地球环
未来虚构 · 仅指环，不指天体
地球
1954 年，恩里科·费米计算过：一个使用 2 T 磁铁、环绕地球的加速器环能把质子加速到约 5000 TeV——这是思想实验，不是计划。作为对比，能量最高的宇宙线超过 10²⁰ eV，是 LHC 的数百万倍。
第 4 环环绕地球（40,000 km），第 5 环沿月球轨道环绕它，从第 6 环起地球只是环上的一个点。这些环是未来虚构。
第 5 环 · 周长 240 万 km
月球轨道环
未来虚构 · 仅指环，不指天体
月球
月球在约 384,000 km 的距离上绕地球运行，一圈略多于 27 天。它总是以同一面朝向地球（潮汐锁定），并引起潮汐。沿其轨道的环周长约 240 万 km。
第 5 环：异常事件——点按获得时间加速或批量掉落。这个环是未来虚构。
第 6 环 · 周长 9.4 亿 km
太阳轨道环
未来虚构 · 仅指环，不指天体
太阳
太阳是一座聚变反应堆：在约 1500 万 K 的核心中，氢聚变成氦。它发出太阳风（速度约 400 km/s 的质子）和中微子；每秒约有 6 · 10¹⁰ 个中微子到达地球上每平方厘米，几乎全都畅通无阻。
第 6 环：第二台探测器——每圈两次交叉，节拍减半。这个环是未来虚构。
第 7 环 · 太阳系之外
日球层环
未来虚构 · 仅指环，不指天体
日球层
太阳风在太阳周围的星际气体中吹出一个气泡。在约 85 至 95 AU 外的终端激波处，太阳风被减速；约 120 AU 处的日球层顶把它与星际空间分隔开。旅行者 1 号于 2012 年穿越了它，而这个气泡能屏蔽一部分宇宙线。
第 7 环：每种有质量的粒子都能通过调谐作为共振达到。这个环是未来虚构。
环的各个部分
射频腔
在射频腔中，电场随束团的节拍振荡：它在每一圈都把束团加速一点，并让粒子保持成团。LHC 每束有八个 400 MHz 的超导腔，每个约 2 MV，每束合计 16 MV。
束流能量每升 6 级，就增加一个射频模块（最多 10 个）。
聚焦四极磁铁
四极磁铁像透镜一样工作：在一个平面内聚焦束流，在另一个平面内使其散焦——交替排列后，总体上就能把束流聚拢。探测器前的三元组把束流压缩到约 17 µm；截面越小，碰撞越多。
“束流聚焦”每升两级，就在探测器两侧各增加一组三元组（最多 6 组）；聚焦同时也会加宽命中窗口。
低温罐
超导磁铁在临界温度以下完全失去电阻。LHC 用约 100 吨液氦把它们冷却到 1.9 K——比空旷的太空（2.7 K）还冷，也是世界上最大的低温设施。
“低温恒温器”每升一级，就增加一个罐（最多 10 个），并延长离线运行时间。
氦管线
液氦在沿磁铁铺设的管道中循环。低于 2.17 K 时，氦会变成超流体：它的导热性极好，而且几乎没有黏性——是磁铁理想的冷却剂。
这条管线在“低温恒温器”升级达到 2 级时出现。
束流与束团
质子不是连续流动，而是成团运行。LHC 每束最多容纳 2808 个束团，每团约 10¹¹ 个质子，间隔 25 ns。两束流在各自的管道中反向运行，只在探测器处交叉——每次交叉都会产生几十次碰撞。
你要踩着交叉的节拍发射（命中窗口）。“亮度”升级会提高每秒的碰撞次数，并解锁自动运行。
同步辐射光
沿圆形轨道运动的带电粒子会沿切线方向辐射光。辐射功率按 E⁴ / (m⁴ · r²) 增长：在相同能量下，电子损失的能量约是质子的 10¹³ 倍。这就是 LHC 使用质子的原因，也是电子环 LEP（104.5 GeV）受限于辐射的原因。
光扇随束流等级增大：能量越高，光越亮越硬。