综述:探测原初引力波—阿里宇宙微波背景辐射极化望远镜—论文—科学网

 
作者:李虹等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2018/4/18 12:00:38
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综述:探测原初引力波—阿里宇宙微波背景辐射极化望远镜

    上:阿里天文台鸟瞰图(A1点海拔5100米,B1点(8000150”E,3201838”N)海拔5250米);中:2017年3月阿里计划观测仓建设启动;下:阿里计划观测仓截至2017年10月份的施工情况。

近年,LIGO/Virgo合作组先后探测到黑洞以及中子星并合产生的引力波,证实了爱因斯坦广义相对论的最后一项预言,开启了引力波天体物理的新时代。2017年诺贝尔物理学奖也因此授予了LIGO实验组的3位科学家。然而,产生于宇宙极早期时空量子涨落的原初引力波至今仍未被探测到。不同于LIGO探测到的天体物理引力波,原初引力波蕴含着宇宙起源和演化的丰富物理信息。它的探测对检验暴胀,反弹,循环等宇宙早期理论,检验CPT定理等意义重大。探测原初引力波的最佳手段是测量宇宙微波背景辐射(CMB) B模式偏振。目前,国际上正在运行的实验,如BICEP等,集中于南极极点和智利的阿塔卡马沙漠,无法覆盖北天区。

“阿里原初引力波探测计划”属于我国“引力波探测计划”中的地面实验部分,是由中科院高能所牵头,国内多家单位参与的中美合作项目。阿里计划将在西藏阿里地区海拔5250米处建设CMB偏振望远镜(AliCPT),实现北天区原初引力波的精确测量,与南极、智利并肩成为国际原初引力波探测的三大基地。《国家科学评论》最近发表了由中国科学院高能物理研究所李虹等部分阿里团队成员共同撰写的综述文章“探测原初引力波:阿里宇宙微波背景辐射极化望远镜”。文章介绍了阿里计划台址的观测条件、望远镜初步设计、科学目标等。

阿里台址位于阿里天文台B1点(见图-上),海拔高,大气稀薄,水汽含量低,同时,地处北半球中纬度,可观测天区达70%,并且覆盖了北天低前景污染区域。与格陵兰岛相比,阿里台址基建设施完善,毗邻昆莎机场以及阿里地区首府狮泉河镇,交通、生活更加便利,是北半球原初引力波探测的最佳台址。

阿里计划望远镜主体由中科院高能所与合作方美国斯坦福大学设计并初步完成,2020年开始观测。望远镜观测频段为95/150 GHz,采用超导相变边缘探测器(TES),探测器数目为7000个,并逐年升级,争取于2022年再增加20000个探测器。低温读出采用超导量子干涉器件(SQUIDs)。

阿里计划的主要科学目标是探测原初引力波,测量极化旋转角检验CPT对称性。初步模拟计算给出,三年的观测,AliCPT观测张标比r (描述原初引力波的参数) 的精度将提升一个量级,测量极化旋转角的精度将提升两个量级,以此精确检验宇宙起源理论模型和CPT对称性。此外,阿里计划还将开展CMB南北不对称性,银河系前景,以及CMB与大尺度结构巡天关联的研究。

阿里计划于2014年提出,2016年底立项,2017年3月开始观测仓建设 (见图-中)。2017年10月,主体建筑已完工(见图-右)。按计划,2018年3月继续施工,之后相继完成望远镜基座,探测器模块的研制与安装,2020年开始观测。(来源:科学网)

 
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