宇宙双折射?

微波背景辐射(CMB)是宇宙中最古老的光,其偏振越来越受到关注,以寻求新物理的迹象。偏振方向的微小旋转即为一种征兆,正如光经过不同偏振方向折射率有异的双折射材料那样。这种"宇宙双折射"未被标准模型预言,可能是由CMB光子跟假想的粒子和场耦合所致。已有的实验尚未发现双折射,但实验灵敏度受到系统误差的限制。日本高能加速器研究机构的Yuto Minami和德国马克思·普朗克天体物理研究所的Eiichiro Komatsu采用一种新方法以减少实验误差,并重新分析普朗克卫星的CMB数据,发现了微弱的双折射迹象。     

第一讲微波背景辐射的各向异性、偏振及宇宙电离的历史

文章对微波背景辐射的各向异性、偏振及宇宙电离的历史给出了评述性介绍．从大爆炸理论的预言，到观测的发现，到其各向异性及偏振的探测，微波背景辐射(CMB)向人们揭示了丰富的宇宙学信息．文章在对基本理论作了简单介绍后，着重讲述了最新的CMB的观测结果及其物理意义．特别对微波背景各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，WMAP)的偏振观测及其对宇宙重新电离的限制给出了较详细的叙述．     

宇宙重新加热能标对微波背景辐射效应的研究

研究了暴涨宇宙学中重新加热能标ρ_reh的不确定性对原初谱和宇宙微波背景辐射(CMB)的效应,并着重指出了在谱指数跑动大的模型中CMB观测可以给出ρ_reh一个很强的限制.     

WMAP 和精确宇宙学

 WMAP 的全称是Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,译为威尔金森微波各向异性探测器。WMAP 是以研究宇宙背景辐射(简称CMB)的先躯者大卫·威尔金森命名的,是继COBE (COSMICBACKGROUND EXPLORER)卫星之后的,又一颗以测量CMB 为目的进行全天空扫描的空间探测卫星,于2001 年6 月30 日升空。2003 年初WMAP实验组公布了WMAP 卫星运行一年的观测数据和物理结果,引起了科学界和社会界的广泛关注。当年年底被《科学》评为世界十大科技进展之一。     

中微子在其他学科研究中的应用

 目前宇宙学研究认为,中微子生成于137亿年前宇宙诞生后持续扩张、冷却的过程中。理论认为,这些中微子形成了绝对温度为1.9K(-271.2℃)的宇宙背景辐射(有别于另一种宇宙大爆炸理论所预言的"微波背景辐射",其温度为2.7K)。宇宙中其他能量的中微子源于星体活动和超新星爆发的过程。因此,随着宇宙的诞生,便有了中微子的存在。     

在实验台上验证暗能量

一些科学家预言真空空间中的量子起伏可能是推动宇宙加速膨胀的暗能量的来源,并建议利用约瑟夫森结(Josephson junction)来验证这一预言.     

利用哈勃参数直接诊断标准暗能量模型

正宇宙加速膨胀的发现使得现代宇宙学和理论物理的研究面临一个重大的挑战。包括Ia型超新星、宇宙微波背景辐射(CMB)、重子声波振荡(BAO)等不同的观测方法,都证实了宇宙加速膨胀这一个现象,且探测的结果都和宇宙学常数项Λ不随时间演化的基本假设保持一致。尽管观测结果倾向于此,Λ不随时间演化这一个简单的假设却存在着争议。包括巧合性问题,精细调节问题还是没有得到很好的解决。实际上,很多暗能     

宇宙微波背景辐射对量子卫星信道性能及纠缠储备量的影响

2016年8月16日1时40分,我国长征二号运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星"墨子号"发射升空。然而,有关宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background radiation,简称CMB)对量子卫星信道通信性能及纠缠储备量影响的研究,至今尚未展开。为此,本文根据CMB辐射谱与黑体辐射谱完美的拟合特性和小尺度范围内的各向异性,得到CMB绝对温度、辐射波长和黑体辐出度的关系。针对幅值阻尼信道,建立了CMB绝对温度、黑体辐出度、辐射波长、信道平均保真度和纠缠度之间的定量关系。仿真结果表明,当CMB绝对温度为2.7K和3.0K时,黑体辐出度分别为0.03 W·μm和3.72 W·μm,量子卫星信道的平均保真度和纠缠度分别为0.64、0.43和0.41、0.12。由此可见,CMB对量子卫星信道通信性能的影响极大。因此,在实际的量子卫星通信系统中,应根据不同的CMB绝对温度,自适应调节算符纠缠的幺正操作,改变信道的纠缠储备量,使信道纠缠度维持在相对稳定的状态,降低CMB对卫星信道通信性能的影响。     

中微子对宇宙大尺度结构的非线性效应

中微子的特性是现代物理学的重大问题之一。在粒子物理标准模型中有三类中微子,中微子振荡实验测量出不同中微子的质量平方差,表明中微子的质量总和不为零,并给出了中微子质量和的下限:0.05eV。中微子质量对宇宙演化有着复杂的影响。在宇宙早期,中微子为相对论性粒子,作为辐射能量密度,从而改变了物质辐射的能量密度比。基于此效应,宇宙微波背景辐射(CMB)的观测给出了中微子质量总和的上限:0.2eV。     

从2017诺贝尔物理学奖展望新加坡未来科学的发展方向

<正>2017年诺贝尔物理学奖颁给了3位在引力波领域作出突出贡献的美国物理学家,他们分别为麻省理工学院雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、加州理工学院基普·索恩(Kip S.Thorne)和巴里·巴里什(Barry C.Barish)。引力波是一百年前爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,被视为宇宙中的"时空涟漪"。在广义相对论中,引力产生的效果又可以用时空扭曲解释。广义相对论场方程,是一个和时空度规有关的二阶非线性偏微分方程。探测到的引力波是通过光的干涉探测器感知空间被扭曲的微小变化。空间扭曲引发光的干涉条纹发生轻微抖动。引力波可能是宇宙公认的传播媒介,探     

星系团之间的交流

 虽然大爆炸发生在很久以前,但是宇宙诞生之初产生的热光子仍然弥漫宇宙,形成宇宙微波背景(如图).这些古老的光子揭示了大爆炸许久之后诞生的星系团的运动特点.这些光子穿梭于星系团的热气体中,热气体增加了光子能量,缩短了其波长,导致所谓的苏尼亚耶夫- 泽尔多维奇效应(Sunyaev-Zel'dovicheffect), 亦称SZ 效应, 因两位俄罗斯科学家在天文学家发现之前预言了该效应而得名.不过他们也同时预言星系团的运动也会影响光子,却至今都未观测到.有天文学家在7 月20 日出版的《物理评论快报》(Physical Review Letters) 报道, 他们已从数以千计的星系中归纳出微弱信号,探测到所谓的运动学苏尼亚耶夫- 泽尔多维奇效应.正如人们所料,该结果发现星系团之间在引力的影响下,倾向于做着相向运动.进一步的观测可能更具启示：这将有助于确定令宇宙膨胀加速的神秘力量的性质.     

封面故事

正阿里天文观测基地位于"世界屋脊"——西藏的阿里地区,海拔5100米,是北半球首个海拔超5000米的天文台,将成为我国科学家探测原初引力波的重要基地,这对研究宇宙起源理论(暴胀模型,反弹模型等)意义重大。阿里地区海拔高、云量少、水汽低、透明度高,是北半球开展CMB观测、寻找原初引力波实验的     

宇宙膨胀与人类之命运

我们生活在其中的宇宙因星系团之间空间的伸展而膨胀.这是1916年广义相对论方程式所预言的,但甚至爱因斯坦一开始也不接受这一结论.而当埃德温·哈勃(Edwin Hubble)及其同事于1920年代末发现本星群以外星系的红移后,才使天文学家们认识到宇宙正在膨胀."你的腰围在增大这纯粹是生理现象.不能责怪宇宙膨胀."美国德克萨斯大学的物理学家理查德·普赖斯(Richard Price)如是说,他曾计算出有些物体会因宇宙膨胀而伸展而另一些则不然.     

[306-730⑨]斥力在宇宙学中的应用

 自从爱因斯坦提出宇宙斥力之后,在宇宙学中开辟了对斥力的研究。本书给出斥力的计算公式和斥力常数的数值。应用斥力建立起后星系宇宙模型,从而解释了类星体的高红移;计算出类星体哈勃图中的拟合曲线,并且预言类星体的红移值不大于8。     

2019年诺奖解读：物理宇宙学

 2019年10月8日，瑞典皇家科学院宣布将今年的诺贝尔物理学奖的一半授予詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles），以表彰他在物理宇宙学方面的理论贡献和发现。詹姆斯·皮布尔斯，1935年生于加拿大温尼伯，现为美国普林斯顿大学教授。在过去几十年中，他在宇宙微波背景辐射（CMB），宇宙中的结构形成，暗物质和暗能量等众多方向做出了重大贡献。他是现代宇宙学大厦的主要奠基者之一。     

暗能密度测量的新结果

宇宙膨胀的加速是由一种排斥力引起的 .虽然这种所谓的“暗能”被认为占宇宙的 2 / 3左右 ,但是一开始谁也不知道暗能是由什么组成的 .爱因斯坦在 1917年所预言的不随时间变化的“宇宙常数”是对暗能的一种可能的解释 .对暗能还有一些更奇特的解释 ,例如quintessence理论、包括     

最初的梦想——我和物理之间的那点往事

正2015年9月14日,人类首次直接观测到来自宇宙深处两个黑洞并合撞击产生的引力波。这是第一个被激光干涉引力波天文台(LIGO)捕获的信号,经历漫漫时空13亿光年到达地球,验证了爱因斯坦一百多年前的预言,从此开启了引力波天文学一段激动人心的征程。2014年7月,我在澳大利亚墨尔本大学开始攻读物理PhD,加入LIGO科学合作组织,直接参与了     

宇宙“小爆炸”中的“华尔兹”——高能重离子碰撞中的自旋极化

<正>宇宙大爆炸(Big Bang)理论认为我们的宇宙诞生于137亿年前的一个致密炽热的奇点,在宇宙的早期,物质都是以基本粒子的等离子体形式而存在。而在我们地球上,能够重现这一宇宙早期物质形态的实验只有高能重离子碰撞,形成夸克胶子等离子体,所以高能重离子碰撞也被人们给予了一个更加形象的名字——宇宙"小爆炸"(Little Bang)。     

超高灵敏度太赫兹超导探测技术发展

太赫兹波段占有宇宙微波背景(CMB)辐射以后宇宙空间近一半的光子能量,该波段在天文学研究中具有不可替代的作用,因此太赫兹天文学的研究,具有极其重要的科学意义。本文系统介绍了基于超高灵敏度太赫兹超导探测技术的太赫兹相干探测器发展状况,包括超导隧道结混频器(SIS)和超导热电子混频器(HEB),以及以超导动态电感探测器(MKIDs)和超导相变边缘探测器(TES)为代表的非相干探测器的研究。在此基础上,展望了该领域未来发展趋势,对我国太赫兹天文探测技术的发展具有一定的参考意义。     

打压替代引力

正众所周知,爱因斯坦广义相对论描述万有引力,但一些试图替代相对论的引力理论也声称其合理性。不过,依据中子星并合时发出的引力波和电磁波观测,理论家们最近严格约束了这些替代引力。广义相对论(简称GR)非常成功地描述万有引力,覆盖行星、恒星、黑洞、星系等若干层次。GR预言宇宙的膨胀,但也有个短板:如何解释宇宙的加速膨胀。鉴于所有辐射、可见物质和暗物质等都施加向内"拽"的力,宇宙理应减速