Uma fração de segundo após o Big Bang, uma única força unificada pode ter se despedaçado. Cientistas das Colaborações CDF e DZero usaram dados do Fermilab Tevatron Collider para recriar as condições do universo inicial. Eles mediram o ângulo de mistura fraco que controla a quebra da força unificada. Medindo este ângulo, um parâmetro chave do modelo padrão, melhora nossa compreensão do universo. Os detalhes dessa quebra de simetria afetam a natureza das estrelas, átomos, e quarks. A nova medição do ângulo de mistura fraco ajuda a cimentar nossa compreensão do passado, o caráter do que observamos hoje, e o que acreditamos está reservado para o nosso futuro.

As determinações anteriores do ângulo de mistura fraco em todo o mundo discordaram. Isso permitiu a possibilidade de que talvez existam novas partículas fundamentais a serem descobertas. Ou talvez tenha havido um mal-entendido em como pensamos sobre as forças fundamentais. Este novo resultado combinado ajuda a resolver a discrepância e reforça nossa teoria padrão das forças fundamentais.

Atualmente, os cientistas pensam que nas energias mais altas e nos primeiros momentos do tempo, todas as forças fundamentais podem ter existido como uma única força unificada. Como o universo esfriou apenas um microssegundo após o Big Bang, passou por uma "transição de fase" que transformou ou "quebrou" as forças eletromagnéticas e fracas unificadas nas forças distintas observadas hoje.

A transição de fase é semelhante à transformação da água em gelo. Neste caso familiar, chamamos a transição de mudança no estado da matéria. No caso do universo inicial, chamamos a transição de "quebra de simetria eletrofraca".

Da mesma forma que caracterizamos a transição de fase água para gelo como ocorrendo quando a temperatura cai abaixo de 32 graus, caracterizamos a quantidade de quebra de simetria eletrofraca com um parâmetro chamado ângulo de mistura fraco, cujo valor foi medido por vários experimentos ao longo dos anos.

Ao recriar as condições do universo inicial em experimentos de acelerador, observamos essa transição e podemos medir o ângulo de mistura fraco que a controla. Nosso melhor entendimento da quebra de simetria eletrofraca envolve o mecanismo de Higgs, e a descoberta do bóson de Higgs, ganhadora do Prêmio Nobel, em 2012, foi um marco em nosso entendimento.

Por duas décadas, as medições mais precisas do ângulo de mistura fraco vieram de experimentos que colidiram elétrons e pósitrons no laboratório europeu CERN e SLAC National Accelerator Laboratory na Califórnia, cada um deles deu respostas diferentes. Seus resultados têm sido intrigantes porque a probabilidade de que as duas medições concordem era inferior a uma parte em mil, sugerindo a possibilidade de novos fenômenos - a física além do modelo padrão. Mais informações eram necessárias.

Embora o ambiente no colisor de próton-antipróton do Fermilab fosse muito mais hostil do que o colisor do CERN ou do SLAC, com muito mais partículas de fundo, os grandes e bem compreendidos conjuntos de dados dos experimentos CDF e DZero do Tevatron permitiram uma nova medição combinada que dá quase a mesma precisão das colisões elétron-pósitron. O novo resultado está a meio caminho entre as medições CERN e SLAC e, portanto, está de acordo com ambos, bem como com a média de todas as medições diretas e indiretas anteriores do ângulo de mistura fraco. Assim, A navalha de Occam sugere que essas novas partículas e forças ainda não são necessárias para explicar nossas observações e que nossos atuais modelos de física e cosmologia de partículas permanecem bons descritores do universo observado.