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中国原初引力波探测 迈出关键一步

2025-07-14 05:02:39大公报 作者:刘凝哲
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  左图:7月13日,中国科学院高能物理研究所在北京宣布,中国首个原初引力波探测实验──阿里原初引力波探测实验建设取得重大进展,其一期已建成并实现首光观测。图为阿里原初引力波探测实验外景。\中国科学院高能物理研究所供图;右上图:月球在150GHz的辐射图像。右下图:木星的150GHz辐射图像。

  7月13日,中国科学院高能物理研究所在北京宣布,中国首个原初引力波探测实验──阿里原初引力波探测实验建设取得重大进展,其一期(AliCPT-1)已建成并实现首光观测,成功获取了月球和木星辐射的150GHz频段清晰图像,标志着中国在原初引力波探测实验领域迈出了关键一步。专家表示,原初引力波探测被公认为重大基础科学前沿,是检验宇宙起源理论的关键实验。实验将进一步提升中国在极早期宇宙研究中的国际话语权。

  阿里原初引力波探测实验是中国首个原初引力波探测实验,由中国科学院高能物理研究所张新民研究员团队于2014年提出,并于2016年底启动。

  实验在西藏海拔5250米山脊开展

  在中国科学院、国家自然科学基金委员会以及科技部的支持下,阿里实验逐步发展成为一个“以我为主”的国际合作项目,由中国科学院高能物理研究所牵头,联合中国科学院国家天文台、美国史丹福大学等国内外16家科研机构在西藏阿里地区海拔5250米的山脊上开展。

  据介绍,经过8年的研制和建设,团队克服高原缺氧、国际合作环境恶化等困难,于今年完成了望远镜安装调试,顺利实现了阿里──北京望远镜远程操控和数据传输,成功验证了端到端功能和角分辨率等核心设计指标。

  原初引力波探测实验对于台址大气的水汽含量要求苛刻,目前全球共有3个主要原初引力波探测实验基地,其他2个均由美国主导,分别位于南极极点、智利阿塔卡马沙漠。其中,阿里原初引力波探测计划地处北半球中纬度,利用地球自转,天区覆盖率可达60%,与极地台址相比在宇宙微波背景辐射(CMB)大尺度科学领域具有更大的科学潜能;同时,AliCPT与南半球实验结合,可以相互交叉检验,更重要的是可以实现地面CMB观测的全天覆盖,有助于精确测量小多极矩功率谱,并在CMB偏振上测量南北不对称性,检验宇宙学原理。目前,已实现首光观测的阿里一号望远镜,在国际上同类型望远镜中口径最大。  

  当前,原初引力波探测被世界公认为重大基础科学前沿,是检验宇宙起源理论的关键实验,为研究宇宙起源、验证暴涨理论及探索量子引力效应提供了独一无二的观测窗口。

  将有机会一窥宇宙“最初的模样”

  “首光观测只是开始!作为北半球首个高海拔原初引力波的观测实验,其建成填补了我国在该研究领域的空白,与南半球的南极、智利形成互补观测。”中国科学院高能物理研究所研究员、阿里原初引力波探测实验副首席科学家李虹表示,实验将进一步提升中国在极早期宇宙研究中的国际话语权。

  “若顺利探测到原初引力波,我们将有机会一窥宇宙‘最初的模样’,同时推动低温超导探测器、低温读出电子学等尖端技术的突破性发展,促进宇宙学研究迈向更高精度的时代。”中国科学院高能物理研究所研究员、阿里原初引力波探测实验首席科学家张新民说。

  阿里原初引力波探测实验三大科学目标

  CMB B模式偏振科学

  测量宇宙微波背景辐射(CMB)原初B模式偏振,探测原初引力波,检验暴涨、反弹等早期宇宙理论。

  CMB E模式偏振科学

  精确测量CMB E模式偏振,对早期暗能量检验、哈勃常数危机研究等方面提供重要的独立数据,对于暗能量的物理本质研究、暗能量理论模型检验具有重大的科学意义。

  北天毫米波巡天科学

  给出北天最精确的毫米波巡天数据,在点源、暂现源、银河系前景科学及轴子探测等领域具有广泛的科学潜力。

  话你知 | 宇宙的初啼─原初引力波

  原初引力波,被称为是宇宙的初啼,科学家形象地介绍,原初引力波就是宇宙在诞生的时候突然喊了一声,这个声音一直消之不去,就像人们在大山里发出声音,回声一直在山谷中间迴荡一样,宇宙的第一声啼哭也会形成一个背景的声音,一直在我们的宇宙中存在,随着宇宙的演化不断在红移,越来越微弱,但是它一直存在。

  人们一旦探索到了原初引力波,就能反推到宇宙诞生的时候,到底是怎样一个动力学,就可以研究宇宙的起源。

  宇宙已经演化138亿年。在今天,宇宙的初啼的信号已经变得非常地微弱,需要一种全新的探测手段,也就是在宇宙中寻找一种古老的化石,这种古老化石在空间中有一种特殊分布,而这个分布是由原初引力波造成的。因此,科学家们去精确测量化石在宇宙中的分布,就可以寻找原初引力波的蛛丝马迹。这种神秘化石就是宇宙微波背景辐射光子,也就是CMB光子。

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