宇宙微波背景輻射「雲天空」暗藏B型信號

加州大學聖迭戈分校的天體物理學家找到了一種關鍵的線索，這有利於解答物理學的一個主要問題，科學家似乎在宇宙微波背景輻射中檢測到了光子的偏振現象，由於大爆炸引力波的作用，早期宇宙的背景輻射產生了極化、或偏振輻射現象。通過檢測早期宇宙遺存的微波輻射，科學家在宇宙學的意義上檢驗了愛因斯坦的廣義相對論，進一步看來，對偏振現象的重要檢測有助於提升科學家對中微子質量估算的精確性，幽靈一樣的中微子是一種亞原子粒子，它們充斥在宇宙的每一個角落，中微子是否存在質量？中微子的質量的多大？科學家對這些方面的問題存在很多的爭議。對偏振輻射現象的檢測為物理學家提供了重要線索，他們以此回答了關於宇宙的一些懸而未決的重大問題，例如：「無影無蹤」的暗物質和暗能量怎樣形成？通過現代高精度的望遠鏡觀測，科學家根本找不到它們的痕迹，然而，它們在宇宙空間普遍存在，這似乎成為了「鐵板釘釘」的事實。

物理學領域最著名雜誌之一的《物理評論通訊》即將刊載新一期的文章，展示科學家對背景光線偏振現象細節性的研究成果，這些研究成果具有重要的科學價值。加州大學聖迭戈分校的科學家在宇宙微波背景輻射中檢測了微波的極化、或偏振現象，宇宙微波背景輻射、或CMB是早期宇宙大爆炸輻射在宇宙膨脹的空間遺留的微波痕迹。好像經過海洋表面的反射，向外閃射的可見光沿一個方向震動，產生的偏振光一樣，在宇宙發生大爆炸之後的38萬年，偏振的「B型」微波從早期宇宙微波背景輻射（CMB）中顯現出來，那時的宇宙逐漸冷卻到足夠的程度，質子和電子開始結合成為原子。天文學家預期了在早期宇宙背景輻射中產生的獨特「B型」信號，他們將能「看到」以光學望遠鏡看不到的信號部分，更緻密的早期宇宙物體形成了更強的引力，拖住了偏振的光線，宇宙極早期的光線在穿越宇宙空間時產生了偏轉，經過了大約138億年的旅行，偏振的光線抵達了我們的地球，天文學家將「B型」偏振光線發生的變化稱之為「弱引力透鏡效應」。

科學家希致力於檢測太空背景的「B型」微波，以繪製在宇宙中充斥的不可見暗物質和暗能量的圖譜，尋找在宇宙尺度上檢驗廣義相對論的有效工具。天文合作項目POLARBEAR的天文學家使用了兩台射電望遠鏡，以收集和觀測CMB的極化、或偏振信號，一台望遠鏡位於智利北部高海拔的荒原上，天文台專門用於探測「B型」偏振現象，加州大學聖迭戈分校的天體物理學家在接收的數據中似乎發現了弱的引力透鏡，他們獲得了充足的觀測數據，能夠繪製細節性的有關宇宙結構的圖譜，他們提出了中微子質量的約束值，為驗證愛因斯坦的廣義相對論提出了一種嚴格的檢驗方法。UC聖迭戈分校的物理學研究生馮昌和UC聖迭戈分校的助理教授POLARBEAR項目的共同負責人布萊恩·基廷開展了合作研究，馮昌解釋說，這是他們第一次在引力透鏡基礎上對CMB偏振信號的直接測量，他們感到十分驚訝，檢測的數據與愛因斯坦的廣義相對論的預言相保持一致，他們的檢測方法表明，科學家在宇宙尺度上對廣義相對論進行了嚴格檢驗。

POLARBEAR項目設定了一個面積在30平方度小的天空檢測區域，根據充分的檢測數據，項目團隊繪製一份高清晰度的「B型」偏振信號圖譜，項目團隊科學家的使命之一是確認引力波振幅和一種有關宇宙構造的主要理論模型是否保持一致，它被科學家稱之為朗姆達冷暗物質宇宙模型。BICEP2合作團隊與基廷的合作團隊開展了交流，BICEP2合作團隊以哈佛—斯密森尼天體物理中心的研究人員為主體，他們使用了南極天文台望遠鏡，BICEP2合作團隊同樣檢測在廣闊天域出現的「B型」偏振信號，今年3月份，BICEP2合作團隊向公眾發布了一則重要消息，他們似乎找到了宇宙原初引力波的信號，原初引力波信號的存在有可能證明，在最早期宇宙發生了創造「萬物生長」條件的宇宙大爆炸，宇宙極早期的暴漲短暫而迅猛。

物理學其中之一的重要問題是確定中微子的質量大小，中微子具有弱相互作用，它曾經被認為沒有質量，然而，根據基廷和馮昌共同帶領的團隊接收的檢測數據，中微子應該有一點微小的質量，他們初步判斷，中微子的質量低於1、5電子伏特，馮昌對中微子的質量數據持十分謹慎的態度，他認為判斷中微子質量的統計學基礎不夠堅實、牢固，目前沒有對中微子質量給出嚴格的確定。今後的幾年，基廷和馮昌的團隊將會收集和分析POLARBEAR項目更多的數據，他們將會應用新的觀測工具，比如：西蒙斯陣列，以提供有關中微子質量更為準確的數據。他們的研究目標在於以引力透鏡原理來探測中微子的質量，整個宇宙成為了他們觀測的對象。合作團隊開發了測量中微子的方法，儘管中微子的質量目前還是個未知數，但是，對中微子質量的測定對天文學、宇宙學和物理學研究具有關鍵性作用，一旦掌握了測量工具，獲得準確的測量結果只是一個時間問題。馮昌和基廷帶領的合作團隊得到了國家科學基金的資助，西蒙斯基金會、其它組織和個人對研究項目給予了資金支持。

（編譯：2014-5-15）

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