有关宇宙微波背景辐射的最新报告

2006年3月15日在普林斯顿大学的一个记者招待会上，WMAP^＊（威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星）小组发布了他们关于宇宙大爆炸后辐射残留的最新报告．报告提供了首张偏振宇宙微波辐射图谱，其内容有助于了解字宙诞生10埘秒之后的情况，也使标准宇宙模型通过了目前最严格的数据检验．他们还宣称我们生活在一个扁平状的宇宙中，这个宇宙仅含有4％的常规物质，但有22％的暗物质和74％的暗能量，这些结果与宇宙标准模型相吻合．WMAP成员Lyman Page说：     

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。     

第二讲宇宙微波背景辐射

简单介绍了近年来关于宇宙微波背景辐射在观测上取得的重大进展，以及有关它的解释、理论和意义．宇宙微波背景是我们了解宇宙奥秘的一个至关重要的窗口．在未来几年，它还将扮演更加重要的角色．     

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．     

普朗克卫星与宇宙微波背景辐射

目前对于宇宙起源的认识主要来自于热大爆炸宇宙理论。根据这一理论,在宇宙的极早期,物质以高温高密的等离子体形式存在,并且处于热平衡状态。由于大量自由电子会与光子频繁发生散射,使得光子的平均自由程很短,宇宙处于不透明的状态。     

遗迹引力波对宇宙微波背景辐射极化的影响

根据宇宙大爆炸理论的预言,宇宙经历了由暴涨阶段到辐射阶段到物质阶段再到如今的加速膨胀阶段.在辐射阶段所残留的退耦的自由光子便形成了现在人们所观测到的宇宙微波背景辐射.如果没有扰动,微波背景辐射将是各向同性的,但是在宇宙形成的初期存在各种各样的扰动,因此宇宙微波背景辐射呈现各向异性.针对由遗迹引力波对微波背景辐射极化所产生的各向异性的影响,重点讨论电场型极化和磁场型极化. 关键词： 遗迹引力波 微波背景辐射 极化各向异性     

第二讲 宇宙微波背景辐射

简单介绍了近年来关于宇宙微波背景辐射在观测上取得的重大进展,以及有关它的解释、理论和意义.宇宙微波背景是我们了解宇宙奥秘的一个至关重要的窗口.在未来几年,它还将扮演更加重要的角色.     

南极望远镜首次探测到宇宙微波背景辐射中的B-模式光偏振

<正>一个观测团队使用南极望远镜(SPT),已经对宇宙微波背景辐射(CMB)中的B-模式光偏振做出了首次探测(见图1)。在CMB中,这种具有微妙卷曲特性的偏振光组分早已被预言存在。作为宇宙大爆炸模型的关键预言之一,它的被证实将为暴胀理论的最终测试铺平道路。Chuck Bennett是美国马里兰州霍普金斯大学CMB观测站的首席科学     

引力波和微波背景辐射旋度型偏振的探测

引力现象是最常见的,例如,地球上的物体都有重量,地球绕太阳运转,都是由于引力的作用。     

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.     

2006年诺贝尔物理学奖——宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性

相传约137亿年前我们的宇宙起源于“盘古开天地式的大爆炸”，能量密度和温度均超高无比，却绝无什么特殊的“爆炸”中心，在足够大的尺度上均匀且各向同性，一直持续膨胀至今．刚开始的时候，随着宇宙温度的迅速降低，若干基本粒子物质相继浮现，宇宙早期的核合成过程制备形成了宇宙时空中第一代恒星形成之前的大致原初元素丰度分布．宇宙“大爆炸”发端时空中的能量场应当有量子涨落；耦合演化到后来呈现的物质场中，这些微弱而此起彼伏的涨落逐渐被引力在各种不同层次上放大，从而最终形成宇宙时空中不同尺度的物质结构系统（包括超星系团、星系团、星系、球状星团、恒星、行星等）．伴随着宇宙膨胀，有一个温度不断下降的热电磁辐射场被“捂”在物质场中；大约在389000年以后，这个热电磁辐射场基本不再与物质相互耦合作用，但它依然带有早期物质场中各处涨落的信息烙印．基于Einstein创立发展的广义相对论（1915年），Einstein（1917年）、Friedmann（1922年）、Lemaitre（1927年）、de Sitter（1932年）开辟了近代理论宇宙学的先河．Hubble（1929年）公布了遥远的星系退行速度正比于它们到我们的距离的划时代观测事实．基于宇宙元素丰度和核合成物理，Gamow，Alpher和Herman于1940—1950年大胆设想了宇宙“大爆炸”的物理框架图像．Penzias和Wilson（1964年）在贝尔试验室从事微波天线研究时意外地发现了2．7K宇宙微波背景辐射．经过多年的精心设计和准备，Mather和Smoot（1989—1994年）领导的“宇宙背景探索器”（COBE）空间试验精确地测量宇宙微波背景辐射的黑体谱和微弱的各向异性涨落；他们俩因此荣获2006年度的物理诺贝尔奖．90年来，科学家们众说纷纭，唇枪舌战，搜索证据，编造理论．随着地面、高空和空间综合试验及理论研究的持续迅速发展，精确宇宙学的时代已经到来．     

孤立纯光子系统与背景辐射

从能量角度论述了孤立纯光子系统是不稳定的. 它与观测到的宇宙微波背景辐射的光子平衡态是截然不同的. 所以, 正在膨胀着的宇宙不会来自一团“纯能量”. The unstability of any isolated pure photon system is indicated from the angle of energy. The nature of this system is completely different from the one of an equilibrium state of photons, which is just the cosmic microwave background radiation observed. Therefore, our expanding universe can not come from a group of pure energy.     

消除强背景辐射干扰的光电探测新方法

以InSb探测器(PV型)为例, 通过建立载流子输运的动力学模型得到光生电动势与入射光功率密度的函数关系, 提出了一种消除强背景辐射对光电探测的影响的新方法, 并且通过实验证实了这种方法的有效性及其理论模型的合理性。与传统的调零法相比, 该方法精度较高且能适用于更高强度的背景辐射 。     

消除强背景辐射干扰的光电探测新方法

 以InSb探测器(PV型)为例, 通过建立载流子输运的动力学模型得到光生电动势与入射光功率密度的函数关系, 提出了一种消除强背景辐射对光电探测的影响的新方法, 并且通过实验证实了这种方法的有效性及其理论模型的合理性。与传统的调零法相比, 该方法精度较高且能适用于更高强度的背景辐射 。     

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。     

微波背景辐射谱和宇宙的结构

 2000年公布了宇宙学领域中的一项重大观测结果,这就是Ｂｏｏｍｅｒａｎｇ和Ｍａｘｉｍａ两实验组利用毫米段微波望远镜较准确地测得了宇宙微波背景辐射(ＣＭＢＲ)功率谱,特别是其第一峰。微波望远镜是一个由液氦三超低温冷却并由氮化硅微网吸收器组合的阵列辐射仪,被吊挂在巨型探测气球之下。以Ｂｏｏｍｅｒａｎｇ组为例,气球于1998年底在38千米高空沿南纬80度线绕南极一圈巡航了10天,多遍扫描了占全天空3%的南极天区,经漫长的数据处理后,直到2000年4月才公布了部分数据的处理结论。2001年,两实验组又有更精确的观测数据问世。1964年被首次观测到的ＣＭＢ