Una frazione di secondo dopo il Big Bang, una singola forza unificata potrebbe essersi frantumata. Gli scienziati delle collaborazioni CDF e DZero hanno utilizzato i dati del Fermilab Tevatron Collider per ricreare le condizioni dell'universo primordiale. Hanno misurato l'angolo di miscelazione debole che controlla la rottura della forza unificata. Misurando questo angolo, un parametro chiave del modello standard, migliora la nostra comprensione dell'universo. I dettagli di questa rottura di simmetria influenzano la natura delle stelle, atomi, e quark. La nuova misurazione dell'angolo di miscelazione debole aiuta a cementare la nostra comprensione del passato, il carattere di ciò che osserviamo oggi, e ciò che crediamo è in serbo per il nostro futuro.

Le precedenti determinazioni del debole angolo di miscelazione da tutto il mondo erano in disaccordo. Questo ha permesso la possibilità che forse ci fossero nuove particelle fondamentali da scoprire. O forse c'è stato un malinteso nel modo in cui pensiamo alle forze fondamentali. Questo nuovo risultato combinato aiuta a risolvere la discrepanza e rafforza la nostra teoria standard delle forze fondamentali.

Attualmente, gli scienziati pensano che alle più alte energie e nei primi momenti nel tempo, tutte le forze fondamentali possono essere esistite come un'unica forza unificata. Mentre l'universo si raffreddava appena un microsecondo dopo il Big Bang, ha subito una "transizione di fase" che ha trasformato o "spezzato" le forze unificate elettromagnetiche e deboli nelle forze distinte osservate oggi.

La transizione di fase è simile alla trasformazione dell'acqua in ghiaccio. In questo caso familiare, chiamiamo la transizione un cambiamento in uno stato della materia. Nel caso dell'universo primordiale, chiamiamo la transizione "rottura della simmetria elettrodebole".

Nello stesso modo in cui caratterizziamo la transizione di fase acqua-ghiaccio come avviene quando la temperatura scende sotto i 32 gradi, caratterizziamo la quantità di rottura della simmetria elettrodebole con un parametro chiamato angolo di miscelazione debole, il cui valore è stato misurato da molteplici esperimenti nel corso degli anni.

Ricreando le condizioni dell'universo primordiale negli esperimenti con gli acceleratori, abbiamo osservato questa transizione e possiamo misurare il debole angolo di miscelazione che la controlla. La nostra migliore comprensione della rottura della simmetria elettrodebole coinvolge il meccanismo di Higgs, e la scoperta del bosone di Higgs, vincitore del premio Nobel, nel 2012 è stata una pietra miliare nella nostra comprensione.

Per due decenni, le misurazioni più precise dell'angolo di miscelazione debole provenivano da esperimenti che hanno fatto scontrare elettroni e positroni presso il laboratorio europeo CERN e SLAC National Accelerator Laboratory in California, ognuno dei quali ha dato risposte diverse. I loro risultati sono stati sconcertanti perché la probabilità che le due misurazioni coincidano era inferiore a una parte su mille, suggerendo la possibilità di nuovi fenomeni:la fisica oltre il modello standard. Era necessario più input.

Sebbene l'ambiente nel collisore protone-antiprotone Tevatron del Fermilab fosse molto più duro del collisore del CERN o dello SLAC, con molte più particelle di fondo, i grandi e ben compresi set di dati degli esperimenti CDF e DZero del Tevatron hanno permesso una nuova misurazione combinata che fornisce quasi la stessa precisione di quella delle collisioni elettrone-positrone. Il nuovo risultato si trova circa a metà strada tra le misurazioni del CERN e dello SLAC e quindi è in buon accordo con entrambe, nonché con la media di tutte le precedenti misurazioni dirette e indirette dell'angolo di miscelazione debole. Così, Il rasoio di Occam suggerisce che quelle nuove particelle e forze non sono ancora necessarie per spiegare le nostre osservazioni e che i nostri attuali modelli di fisica delle particelle e cosmologia rimangono buoni descrittori dell'universo osservato.