En bråkdel av en sekund efter Big Bang, en enda enhetlig kraft kan ha krossats. Forskare från CDF- och DZero-samarbeten använde data från Fermilab Tevatron Collider för att återskapa de tidiga universumsförhållandena. De mätte den svaga blandningsvinkeln som styr brytningen av den enade kraften. Mäter denna vinkel, en nyckelparameter i standardmodellen, förbättrar vår förståelse av universum. Detaljerna om denna symmetribrytning påverkar stjärnornas natur, atomer, och kvarker. Den nya mätningen av den svaga blandningsvinkeln hjälper till att cementera vår förståelse av det förflutna, karaktären på det vi observerar idag, och vad vi tror väntar på vår framtid.

Tidigare bestämningar av den svaga blandningsvinkeln från hela världen var oense. Detta möjliggjorde möjligheten att det kanske finns nya grundläggande partiklar att upptäcka. Eller kanske fanns det ett missförstånd i hur vi tänker om de grundläggande krafterna. Detta nya kombinerade resultat hjälper till att lösa avvikelsen och förstärker vår standardteori om de grundläggande krafterna.

För närvarande, forskare tror att vid de högsta energierna och de tidigaste stunderna i tiden, alla de grundläggande krafterna kan ha funnits som en enda enhetlig kraft. När universum svalnade bara en mikrosekund efter Big Bang, den genomgick en "fasövergång" som transformerade eller "bröt" de enade elektromagnetiska och svaga krafterna till de distinkta krafter som observeras idag.

Fasövergången liknar omvandlingen av vatten till is. I detta välbekanta fall, vi kallar övergången för en förändring i ett tillstånd. I det tidiga universums fall, vi kallar övergången "elektriskt svag symmetri brytande."

På samma sätt som vi karaktäriserar fas-övergången mellan vatten och is som sker när temperaturen sjunker under 32 grader, vi kännetecknar mängden elektriskt svag symmetri som bryts med en parameter som kallas den svaga blandningsvinkeln, vars värde har mätts genom flera experiment under åren.

Genom att återskapa de tidiga universumsförhållandena i acceleratorförsök, vi har observerat denna övergång och kan mäta den svaga blandningsvinkel som styr den. Vår bästa förståelse för brytningen av elektriskt svag symmetri innefattar Higgs -mekanismen, och den Nobelprisvinnande Higgs boson-upptäckten 2012 var en milstolpe i vår förståelse.

I två decennier har de mest exakta mätningarna av den svaga blandningsvinkeln kom från experiment som kolliderade elektroner och positroner vid det europeiska laboratoriet CERN och SLAC National Accelerator Laboratory i Kalifornien, var och en gav olika svar. Deras resultat har varit förbryllande eftersom sannolikheten att de två mätningarna är överens var mindre än en del av tusen, föreslår möjligheten till nya fenomen - fysik bortom standardmodellen. Mer input behövdes.

Även om miljön i Fermilabs proton-antiproton Tevatron Collider var mycket hårdare än antingen CERNs eller SLAC:s kolliderare, med många fler bakgrundspartiklar, de stora och väl förstådda datamängderna från Tevatrons CDF- och DZero-experiment möjliggjorde en ny kombinerad mätning som ger nästan samma precision som den från elektron-positronkollisioner. Det nya resultatet ligger ungefär mitt emellan CERN- och SLAC -mätningarna och är därför i överensstämmelse med dem båda, samt med genomsnittet av alla tidigare direkta och indirekta mätningar av svag blandningsvinkel. Således, Occams rakhyvel tyder på att de nya partiklarna och krafterna ännu inte är nödvändiga för att förklara våra observationer och att våra nuvarande partikelfysik- och kosmologimodeller förblir bra beskrivare av det observerade universum.