中科院高能所合作在宇宙学研究中取得新进展

近日，中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心夏俊卿、李虹，理论物理室张新民和加拿大McGill大学蔡一夫合作在宇宙学研究方面取得了新的进展，相关成果发表在国际期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters 112, 251301 (2014)）上。

近代宇宙学研究表明，宇宙在极早期曾经历过短暂的剧烈膨胀过程，称之为暴涨。大爆炸引力波正是时空在这一暴涨时期量子效应产生的涟漪。在此理论框架下，原初引力波在宇宙微波背景辐射（CMB）中留下特殊的偏振模式信号。2014年3月18日，哈佛—史密森天体物理中心声称，南极BICEP2望远镜首次探测到来自宇宙大爆炸的引力波信号（Physical Review Letters 112, 241101 (2014)）。但这一结果与去年欧洲宇航局公布的Planck实验卫星观测结果不一致。

基于BICEP2数据，夏俊卿等人结合Planck观测数据进行了整体拟合分析，结果显示之前提出的反弹暴涨模型为BICEP2与Planck实验观测提供了统一的诠释（如下图所示），而反弹暴涨模型预言的张量扰动谱大尺度上的压低可以被将来的CMB实验所检验。近期，美国物理学会主编的《物理》杂志发表了关于BICEP2实验的最新评述文章"Focus: Theorists Weigh in on BICEP2"，也对这一工作进行了点评："如果将来更多的实验证实BICEP2和Planck的实验结果都是正确的，那么一种可能的解释就是在大爆炸之前宇宙源自于一个收缩的时空，并在暴涨时期之前发生了一次反弹，使得宇宙的有效初始条件发生改变。"

宇宙早期相关问题是当前物理学和天文学的一大热点课题。多年来，高能所宇宙学研究团队在张新民研究员的带领下，针对这一课题攻坚研究，逐渐建立起了一套"精灵反弹宇宙学"的理论新体系，并基于有效微扰场论的方法分析研究了来自宇宙创生时期的扰动信息。2008年，蔡一夫、夏俊卿、李虹、张新民等人预测了精灵反弹宇宙学模型在宇宙微波背景中的观测信号，相关工作以快讯形式发表在《物理评论D》（Physical Review D）上。2010年，蔡一夫、夏俊卿等人在国际综述期刊《物理评论》（Physics Reports）上全面评述了精灵宇宙学。

这项工作得到了中组部青年千人计划、基金委、科技部和科学院先导B的支持。

以上两图给出了基本LCDM模型和最佳反弹暴涨模型预言的理论宇宙微波背景辐射功率谱，以及其与Planck和BICEP2实验数据的比较。