CMB-S4 tiene el potencial de realizar descubrimientos fundamentales acerca del origen de nuestro Universo mediante la detección de ondas gravitacionales primordiales. Estas ondas gravitacionales son una predicción aún no verificada de la inflación cosmológica, un modelo que describe un período de expansión casi exponencial, y representa un paradigma convincente para el Universo muy temprano. Estas ondas gravitacionales dejan una huella única en el CMB, la llamada polarización de modo B. En el futuro previsible, las mediciones precisas de los modos B del CMB son nuestra única forma de detectar estas ondas gravitacionales primordiales.
La figura muestra un mapa de polarización CMB que contiene sólo un componente de modo B. El color representa la fluctuación del modo B medida como una temperatura, y las líneas muestran el tamaño y la dirección del campo magnético entrante que nuestro telescopio medirá. CMB-S4 buscará la marca de la inflación haciendo mapas exquisitamente sensibles de una pequeña y limpia área del cielo para medir la polarización del modo B. Para medir con éxito esta señal, será necesario separar el CMB primordial de la emisión de primer plano en la Vía Láctea y los efectos distorsionadores de las lentes gravitacionales debido a la red cósmica de galaxias y estructuras más grandes en el Universo.
Debido a que las ondas gravitacionales son fluctuaciones en el espacio-tiempo en lugar de la densidad, tal detección abriría una nueva ventana al cosmos temprano y transformaría nuestra comprensión de la física fundamental. Incluso si CMB-S4 encuentra un límite superior ello proporcionaría información invaluable sobre el primer momento de nuestro Universo.