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新研究窥宇宙最初10万年 上帝粒子或由此诞生

http://www.kexue.com 2013-08-12 10:53:54 新浪科技  发表评论


这张照片是由普朗克望远镜获取的微波波段宇宙背景辐射分布图像,宇宙中最古老的光线分布在图像上靠近高纬度的区域,而中央的那一道区域则是我们银河系所在的平面

  近日,美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员对现有宇宙微波背景辐射(CMB)的数据进行重新分析,让我们得以进一步在追溯到大爆炸之后的10万~30万年之间的时期,并且首次找到一些新的线索,可以帮助我们回答当时在宇宙中究竟发生了什么。

  埃里克·林德(Eric Linder)是劳伦斯伯克利实验室的一名理论物理学家,也是“超新星宇宙学”项目组的成员。他说:“我们发现我们原先有关极早期宇宙的标准图景——即一个被辐射统治的宇宙,之后逐渐过渡为由物质统治——这样的图景是可以被我们最新获得的数据进行验证的,但是也有证据显示辐射可能并未向原先预料的那样将宇宙的统治权转交给物质。”他说:“似乎存在一些不属于宇宙微波背景的额外辐射。”

  我们目前有关大爆炸和早期宇宙形成的有关知识几乎完全是来自对宇宙微波背景辐射的分析和理解,这是极早期宇宙在其温度降低到足以允许原子出现时产生的第一缕曙光留下的痕迹。这些分析测量的结果揭示了宇宙微波背景辐射在塑造今天我们所见宇宙大尺度结构中所扮演的重要作用。

  林德和阿里莱扎·霍佳提(Alireza Hojjati)以及乔汉·三辛(Johan Samsing)一同开展研究工作,当时后两者正在伯克利实验室做访问学者。他们共同对欧洲空间局的普朗克卫星,以及美国宇航局威尔金森各向异性探测器(WMAP)获得的数据进行了分析。这两台空间设备获取了迄今精度最高的宇宙微波背景辐射数据,数据的噪声很低,覆盖的天区范围之广也是前所未有的。

  林德表示:“借助普朗克以及威尔金森探测器的数据,我们向前推进了时间的边界,窥见更早期的宇宙图景,那里是我们原先无法涉足的高能物理统治的领域。”他说:“尽管我们的分析显示作为大爆炸余晖的宇宙微波背景辐射之外主要是暗物质,这符合预期,但是仍然存在轻微的偏差,显示在CMB之外还存在某种相对论性粒子。”

  林德表示,关于这种神秘的相对论性粒子的真实身份,最有可能的是中微子的一种“原始版本”。中微子是幽灵般的亚原子粒子,它是今天宇宙中数量仅次于光子而排名第二的粒子类型。这里之所以将其称为是“原始版本”,是为了将这些原始的中微子与今天广泛存在于宇宙中的那些中微子区分开。另外一种观点则认为这是暗能量,一种克服引力而导致我们整个宇宙不断加速膨胀的神秘力量。

  林德表示:“早期的暗能量在一些高能物理模型中被用于解释极早期宇宙膨胀的开启机制。”他说:“尽管今天我们所观察到的宇宙中的暗能量已经经过严重稀释,其能量密度可能仅有10亿分之一,但是在早期宇宙中,这一能量密度数据可能还要比这高出上千万倍。”

  林德表示可能正是这种早期高密度的暗能量分布在大约70亿年之后引发了宇宙中今日所见的膨胀效应。因此,对其确切本质的了解将让我们得以重新审视宇宙膨胀加速机制的来源,并将有望为弦理论和其它高能物理理论提供新的证据。

  林德说:“一些最新的,用于测量宇宙微波背景辐射极化效应的设备已经准备就绪,如POLARBEAR,以及SPTpol望远镜等等。这些设别的投入使用将最终帮助我们在这些最本质的物理学领域中更进一步。”(晨风)

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