BICEP3实验：引力波是宇宙膨胀谜团的重要线索

但是南极BICEP3实验的最新结果并非一无所获，它收紧了宇宙膨胀模型的限制，这从理论上解释了宇宙存在的几个令人困惑的特征，并且认为宇宙诞生不久后就应该产生引力波。

BICEP3实验首席研究员、美国斯坦福大学物理学家郭朝林（音译）说：“基于最新实验结果，曾认为颇有希望的宇宙膨胀模型现已被排除了。”目前该研究报告发表在10月4日出版的《物理评论快报》杂志上。

宇宙爆炸

宇宙膨胀出现在宇宙非常早期阶段，宇宙空间从氢原子大小膨胀至1光年直径，仅用了光线掠过相同氢原子所需时间的万亿分之一。

宇宙膨胀理论可以解释很多现象，尤其是为什么宇宙看起来相当平滑，在各个方向上看上去都是一样的，为什么空间是平坦的，为什么宇宙没有磁单极。然而，物理学家迄今还没有完全计算出解释一些现象的确切细节，他们曾想出了许多可能发生宇宙膨胀的不同方式。

如果存在正确解释宇宙膨胀模型的理论，那就是寻找宇宙膨胀产生的引力波，以及膨胀过程中被转移的物理和能量，特别是引力波会在宇宙微波背景的偏振光中留下印记。

位于南极的BICEP3实验望远镜。

偏振引力波

偏振光有两个组成部分：在天空中盘旋的B模型和以有序线条排列的E模型，虽然具体细节决定哪个膨胀模型是正确的，但原始引力波应该显示为B和E模型。

斯坦福直线加速器中心（SLAC）首席科学家泽尔山·艾哈迈德称，大约十几年前，研究人员开始研究宇宙微波背景B偏振模型，寻找原始引力波存在的证据，随着时间的推移，实验细节发生了较大变化。据悉，艾哈迈德曾在南极研究过BICEP系列实验。

BICEP1实验部署了大约50个精加工金属喇叭，可以探测到微波辐射产生的微小差异，每个金属喇叭都配备了热传感器和极化栅格来测量偏振现象；BICEP2实验实现了技术飞跃——新一代超导探测器可以密集地部署在同一区域，之后的凯克阵列望远镜基本上就是将BICEP2类型望远镜整合成一个望远镜阵列。

艾哈迈德说：“为了达到新的勘测水平，BICEP3实验必须获得一些重要发现。”在SLAC定向研发实验室的支持下，他和其他SLAC科学家设计了一些新系统和材料，其中包括：更易替换的模块化探测器组件，以及对微波更透明、能同时阻挡更多红外光线的透镜和过滤器，这有助于超导微波探测器保持低温状态，该探测器对温度变化较敏感。

艾哈迈德说：“这些技术进展，以及来自BICEP2、凯克阵列望远镜、威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和普朗克探测器等勘测数据，使研究人员能够对原始引力波的类型做出迄今最严格的限定，从而对宇宙膨胀模型做出迄今最严格的概念定义。”

继续探索

研究宇宙膨胀的斯坦福大学理论物理学家伊娃·西尔弗斯坦说：“研究人员正在进行伟大的工作，这是很大的技术进步，最新实验结果排除了一些宇宙膨胀模型，包括一些流行的旧模型和一些由弦理论驱动的新模型，研究结果表明，正确的模型将比那些已被排除的模型稍微复杂一些，尽管仍有许多可行的替代方案，但这并不是说我们要从头开始，但最终结果会帮助我们找到最终答案。”