En la década de los cincuentas los laboratorios Bell ya hacian estudios para trabajar en comunicaciones vía satélite. Con este fin desarrollaron equipos receptores capaces de captar señales de radio muy débiles y para ello se requería desarrollar instrumentos que tuvieran poco ruido ("estática"). Entre estos equipos novedosos estaba una antena en forma similar a la de un cuerno, aunque de sección rectangular, la cual fue empleada varios años para captar señales del satélite Echo. Posteriormente, cuando ya no fue requerida para mas pruebas, empezó a ser utilizada para trabajo astronómico. Con este instrumento Arno Penzias y Robert Wilson planeaban hacer mediciones de fuentes astronómicas de radio con muy alta precisión. Sin embargo, desde que se empleaba con el satélite Echo, la antena invariablemente media una señal mayor de lo esperado. Penzias y Wilson observaron que, mientras que parte de esta señal podía atribuirse a nuestra atmósfera y a la antena, mas de la mitad no era explicable y aparecía independiente de la dirección del cielo a la cual apuntara la antena. Sospechando que se pudiera tratar de un problema no considerado del instrumento, checaron todos los componentes posibles de la antena, incluso desalojando a un par de palomas que ya habian hecho nido en su interior, sin lograr deshacerse de la señal. Después de repetidos intentos, y sospechando que podía haber algún gato (cósmico) encerrado, decidieron ir a la Universidad de Princeton y discutir este asunto con el famoso y brillante físico Robert Dicke.
Dicke se dió cuenta de que Penzias y Wilson habían encontrado la débil radiación de fondo cósmico, vestigio del violento nacimiento del Universo. La primera predicción concreta de este fenómeno fue hecha en 1949 por Alpher y Herman quienes, siguiendo algunas ideas de George Gamow acerca del nacimiento del Universo, expuestas diez años antes, quien consideraba algunas consecuencias del posible nacimiento del Universo en una gran explosión. Al expanderse, el Universo se iría enfriando paulatinamente y, según los cálculos de Alpher y Herman, hoy en día, unos quince mil millones de años después de la explosión, la temperatura del Universo debería haber bajado hasta -268 grados centígrados, es decir cinco grados por encima del cero absoluto, la temperatura mas baja permitida por las leyes de la física. Desgraciadamente Alpher y Herman terminaron su artículo expresando dudas de que esta radiación primigenia pudiera habr sobrevivido hasta nuestra época y ser detectada. Ya sea por este o algún otro motivo, la predicción de un fondo cósmico de radiación de cinco grados fue mayormente olvidada y solo existía un grupo, encabezado por el propio Dicke, que estaba planeando una búsqueda específica de este fondo de radiación. Cuál debió ser la sorpresa de Dicke cuando Arno Penzias y Robert Wilson le presentaron el descubrimiento fortuito del eco distante de la Gran Explosión!
Penzias y Wilson publicaron el descubrimiento del fondo de radiación de tres grados (la predicción de Alpher y Herman falló por dos) en un artículo con el modesto título de "Una medición de exceso de temperatura de antena a 4080 MHz", el cual apareció en la revista "Astrophysical Journal" acompañado de un trabajo de Dicke y dos colaboradores explicando el profundo significado de este hallazgo. Trece años después, Penzias y Wilson recibieron el premio Nobel de física. Con el tiempo pudo saberse que la fortuna ya había rondado a algunos grupos anteriormente: un jápones llamado Hauro Tanaka y un par de canadienses habian ya detectado esta señal, pero de forma tan marginal que no era posible establecer el resultado. También fue posible explicar unas observaciones de moléculas de cianógeno hechas en 1940 por Andrew McKellar las cuales requerián de una fuente de energía a 2.7 grados sobre el cero absoluto. Al desconocerse esta fuente, que resultó ser el Universo como un todo, los resultados de McKellar habían sido fuertemente rechazados por varios científicos (y olvidados por muchos mas). Dicke, quién murió este año después de haber sido rondado él también por el Nobel, jugó un papel importante en prevenir que este resultado pasara desapercibido, al proveer una explicación acompañante.
El descubrimiento el fondo cósmico de radiación inclinó el debate de aquél entonces entre las dos teorías cosmológicas mas plausibles: la de la Gran Explosión y la del estado estacionario, la cual postulaba la creación continua y espontánea de materia. Mientras que en esta última debía buscarse como acomodar la presencia del fondo cósmico, en la primera el fondo cósmico es manifestación directa de la Gran Explosión. Aun cuando algunos partidarios de la teoría del estado estacionario no se han rendido, el descubrimiento de Penzias y Wilson es considerado como la prueba mas clara de que vivimos en un Universo en expansión originado en una explosión colosal. Existe otra evidencia importante que es la abundancia de helio observada en el Universo, la cual puede explicarse al considerar las reacciones nucleares que se dieron cuando el Universo en su totalidad se hallaba a miles de millones de grados. Esto, instantes después de la Gran Explosión que quince mil millones de años después todavía es posible escuchar.