加州大學(xué)圣迭戈分校的天體物理學(xué)家找到了關(guān)鍵的線索，有利于解答物理學(xué)中的一個(gè)主要問題，在宇宙微波背景輻射中似乎檢測到了光子的偏振現(xiàn)象。在大爆炸引力波的作用下，早期的宇宙背景輻射產(chǎn)生了極化或偏振輻射現(xiàn)象。通過檢測早期宇宙中遺存的微波輻射，科學(xué)家在宇宙學(xué)的層面上檢驗(yàn)了愛因斯坦的廣義相對論。對偏振現(xiàn)象的檢測十分重要，有助于提升科學(xué)家估算中微子質(zhì)量的精確性。幽靈般的中微子是亞原子粒子，它們充斥在宇宙中的每個(gè)角落，中微子是否有質(zhì)量？中微子質(zhì)量有多大？科學(xué)家對中微子物理學(xué)的問題有很多的爭議。

對偏振輻射現(xiàn)象的檢測為物理學(xué)家?guī)砹酥匾木€索，有助于回答宇宙中的一些懸而未決的重大問題，比如：似乎無影無蹤的暗物質(zhì)和暗能量是如何形成的？借助現(xiàn)代的高精度望遠(yuǎn)鏡觀測，科學(xué)家還是不能找到它們的痕跡，暗物質(zhì)和暗能量在宇宙太空普遍存在，似乎是“鐵板釘釘”的不爭事實(shí)。物理學(xué)界著名的雜志《物理評論通訊》將要刊載新一期的文章，介紹科學(xué)團(tuán)隊(duì)在宇宙背景光線中偏振現(xiàn)象的細(xì)節(jié)性成果，研究成果有重要的科學(xué)價(jià)值。加州大學(xué)圣迭戈分校的科學(xué)家通過宇宙微波背景輻射檢測了微波的極化或偏振現(xiàn)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跡。好似經(jīng)過了海洋表面的反射，向外的可見光沿一個(gè)方向震動，產(chǎn)生的偏振光一樣。在宇宙誕生之后的38萬年，“B型”偏振的微波信號來源于早期的宇宙微波背景輻射（CMB），宇宙從誕生的38萬年之后逐漸地冷卻到足宇宙微波背景輻射中出現(xiàn)了“B型”信號，可能看到通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡看不到夠的程度，質(zhì)子和電子開始結(jié)合成原子。

天文學(xué)家預(yù)期，在早期的的信號部分，致密的早期宇宙物質(zhì)獲得了強(qiáng)大的引力，拖住了偏振光線，極早期的宇宙光線在穿越時(shí)空時(shí)產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過了大約138億年的旅程，偏振光子抵達(dá)了地球，天文學(xué)家將“B型”偏振光線發(fā)生的變化稱為“弱引力透鏡效應(yīng)”。對太空背景的“B型”微波進(jìn)行檢測，繪制一幅充斥在宇宙中卻不可見的暗物質(zhì)和暗能量圖譜，在宇宙尺度上檢測廣義相對論的有效性。天文學(xué)家在天文合作項(xiàng)目POLARBEAR中使用了兩臺射電望遠(yuǎn)鏡，從中收集和尋找CMB的極化或偏振信號，一臺望遠(yuǎn)鏡位于智利北部的高海拔荒原，專門探測“B型”的偏振現(xiàn)象。

加州大學(xué)圣迭戈分校的天體物理學(xué)家在數(shù)據(jù)分析中似乎發(fā)現(xiàn)了弱引力透鏡，充分的觀測數(shù)據(jù)是繪制細(xì)節(jié)性宇宙結(jié)構(gòu)圖譜的基礎(chǔ)，他們給出了中微子質(zhì)量的約束值，提出了一種嚴(yán)格檢驗(yàn)愛因斯坦廣義相對論的方法。UC圣迭戈分校的物理學(xué)研究生馮昌、UC圣迭戈分校的助理教授、POLARBEAR項(xiàng)目的共同負(fù)責(zé)人布萊恩·基廷開展了合作研究，馮昌解釋說，他們第一次在引力透鏡的基礎(chǔ)上直接測量了CMB偏振信號，檢測數(shù)據(jù)與愛因斯坦廣義相對論的預(yù)言保持一致，他們感到十分驚訝，檢測的結(jié)果和方法表明，他們在宇宙的尺度上對廣義相對論進(jìn)行了嚴(yán)格檢驗(yàn)。

POLARBEAR項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)定了一個(gè)面積為30平方度的小天空區(qū)域，在獲得了充分的檢測數(shù)據(jù)之后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)繪制了一份高清晰度的“B型”偏振信號圖譜，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的使命之一是確定引力波振幅和有關(guān)宇宙構(gòu)造的主要理論模型是否保持了一致性，科學(xué)家建構(gòu)了所謂的朗姆達(dá)冷暗物質(zhì)宇宙模型。BICEP2合作團(tuán)隊(duì)和基廷的合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了交流，哈佛——斯密森尼天體物理中心的研究人員是BICEP2合作團(tuán)隊(duì)的主體，通過使用南極天文臺望遠(yuǎn)鏡，BICEP2合作團(tuán)隊(duì)也在檢測太空中的“B型”偏振信號，BICEP2合作團(tuán)隊(duì)曾向公眾發(fā)布了一則消息，他們發(fā)現(xiàn)了宇宙原初引力波的信號，后來證明輻射信號來源于銀河系的塵埃。

原初引力波的發(fā)現(xiàn)能夠證明，在極早期宇宙發(fā)生了“創(chuàng)世紀(jì)”的大爆炸，創(chuàng)造了“萬物生長”的舞臺，宇宙極早期的暴漲極其短暫而迅猛。確定中微子質(zhì)量的大小是物理學(xué)的重要問題之一，中微子只有弱相互作用，曾被科學(xué)家認(rèn)定為沒有質(zhì)量。根據(jù)基廷和馮昌所在團(tuán)隊(duì)檢測的數(shù)據(jù)，中微子有極其微小的質(zhì)量，初步判斷的中微子質(zhì)量低于1.5電子伏特，馮昌對中微子質(zhì)量的數(shù)據(jù)持十分謹(jǐn)慎的態(tài)度，他解釋說，判斷中微子質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)不夠堅(jiān)實(shí)和牢固，目前對中微子質(zhì)量沒有給出嚴(yán)格的確定。

基廷和馮昌的合作團(tuán)隊(duì)在今后的幾年將會收集和分析POLARBEAR項(xiàng)目的更多數(shù)據(jù)，應(yīng)用的觀測工具包括了西蒙斯陣列，獲取有關(guān)中微子質(zhì)量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。研究的目標(biāo)和方法是利用引力透鏡原理對中微子的質(zhì)量進(jìn)行探測，整個(gè)宇宙都將成為被觀測的對象。合作團(tuán)隊(duì)開發(fā)了中微子的測量方法。中微子質(zhì)量目前是個(gè)未知數(shù)，但測量中微子的質(zhì)量對天文學(xué)、宇宙學(xué)和物理學(xué)研究有重要的作用，只有掌握了先進(jìn)的測量工具，才能獲得精確的測量結(jié)果。馮昌和基廷帶領(lǐng)的合作團(tuán)隊(duì)得到了科學(xué)基金的資助，西蒙斯基金會、其它組織和個(gè)人對合作項(xiàng)目給予了資金的支持。

（編譯：2021-5-15）