В 1980-х годах в туннеле ЦЕРН, где сейчас находится Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider, LHC), был построен Большой электрон-позитронный коллайдер (Large Electron Positron collider, LEP), который проверял Стандартную модель физики частиц (СМ) с помощью высокоточных измерений свойств Z-бозонов. Благодаря измерениям так называемых электрослабых прецизионных наблюдаемых (Electroweak precision observables, EWPOs) LEP сохранил свое величайшее наследие для физики частиц и заложил краеугольный камень экспериментальной проверки СМ.

Используя очень большие выборки данных и десятилетние усилия по пониманию работы детектора вплоть до мельчайших деталей, коллаборации CMS удалось улучшить точность LEP по некоторым EWPO. Последний недавно опубликованный результат - это высокоточное определение угла смешивания электрослабых сил, , который характеризует относительную силу слабых и электромагнитных взаимодействий. Подобно более ранним экспериментам, проведенное измерение основано на событиях, в которых возникает Z-бозон, а затем распадается на пару лептонов (электронов или мюонов).

Анализ начинается с выбора подходящей совокупности событий, собранных CMS во время "Run 2" LHC с 2016 по 2018 год, когда энергия протон-протонных столкновений составляла 13 ТэВ. Затем подсчитывается, сколько раз мюон (или электрон) с отрицательным зарядом проходит вперед или назад относительно двухлептонного направления. Так называемая асимметрия "вперед-назад" используется для вычисления "эффективного" угла электрослабого смешивания (, непосредственно связанного с ). "Одна из главных трудностей при проведении таких измерений на адронном коллайдере заключается в том, что протоны состоят из кварков и глюонов, энергетические распределения которых известны лишь с определенной точностью", - говорит Алеко Хухунаишвили, постдокторант из Рочестерского университета. Новый результат получен благодаря новым методам регистрации и стратегии анализа, которая минимизирует неопределенности, отражающие наши знания о внутреннем составе сталкивающихся протонов.

Окончательный результат, представленный в виде наблюдаемой величины , показан на рисунке вместе с предыдущими измерениями и предсказанием СМ.

Традиционно адронные коллайдеры, такие как LHC, считаются "машинами для открытий", в отличие от "прецизионных установок". Учитывая более высокие энергии, достигаемые протонными пучками, чем электронными, адронные коллайдеры являются идеальными инструментами для исследования высокоэнергетической границы нашего понимания микроскопического мира. Недостатком же является то, что они обеспечивают достаточно многочисленные столкновения, в которых частицы, образующиеся в результате интересных процессов, "захлестываются" множеством других "фоновых частиц", одновременно образующихся из других кварков и глюонов сталкивающихся адронов. Именно поэтому физики предпочитают электронно-позитронные коллайдеры для проведения прецизионных измерений: при электронно-позитронных столкновениях возникает лишь небольшое количество частиц, что позволяет создать "чистую" лабораторию для детального изучения конкретных физических процессов. Кроме того, эти коллайдеры могут работать при энергиях столкновений, настроенных на получение конкретных частиц (например, Z-бозона в LEP). После открытия бозона Хиггса на LHC в 2012 году сообщество физиков предпринимает шаги по созданию электронно-позитронного коллайдера, который будет работать как "фабрика Хиггса", настроенная на производство пар бозонов H Z в больших количествах.