Das BICEP2-Experiment bestätigt die wichtigste Vorhersage der Theorie der kosmischen Inflation • Igor Ivanov • Wissenschaftsnachrichten zu den "Elementen" • Astrophysik

BICEP2-Experiment bestätigt entscheidende Vorhersage der kosmischen Inflationstheorie

Abb. 1. Die experimentell aufgenommene BICEP2-Polarisation der Relativitätsstrahlungan der Spitze) und das Ergebnis der Modellierung ohne Berücksichtigung der primären Gravitationswellen (unten unten). Nach Farbe zeigt die Intensität der B-Mode-Polarisation, ausgedrückt in Temperatureinheiten. Der Unterschied in diesen Bildern deutet darauf hin, dass es im frühen Universum tatsächlich primäre Gravitationswellen gab, die von der Inflationstheorie vorhergesagt wurden. Bild aus dem Artikel zur Diskussion

Das spezialisierte BICEP2-Teleskop, das am Südpol arbeitet und die Polarisation der kosmischen Mikrowellenstrahlung misst, entdeckte Reliktpolarisations-B-Moden. Ihre Anwesenheit zeigt an, dass starke Gravitationswellen durch das frühe Universum gingen. Sie konnten wiederum nur in der Phase der Inflation entstehen – der ultraschnellen Inflation des Universums, als sie etwa 10 Jahre alt war-32 Sekunden alt. Die Ergebnisse von BICEP2 bestätigen nicht nur erstmals eine wichtige Vorhersage der Inflationstheorie, sondern eröffnen auch ein neues Kapitel in der beobachtenden Kosmologie – mit wichtigen Konsequenzen nicht nur für die Astrophysik, sondern auch für die Teilchenphysik.

Hauptergebnisse von BICEP2

Am 17. März wurden die Ergebnisse des beobachtenden astrophysikalischen Experiments BICEP2 veröffentlicht, das die Polarisation der Mikrowellenhintergrundstrahlung untersucht. Reliktstrahlung ist ein kosmischer Mikrowellenhintergrund, das Licht eines jungen Universums, das im Alter von 380.000 Jahren von ihm emittiert wurde und Abdrücke der Prozesse trägt, die zu dieser Zeit im Universum stattfanden. Die BICEP2-Kollaboration entdeckte die besonderen Eigenschaften dieser Strahlung, die sogenannten Polarisations-B-Moden (Abb. 1), und dank derer sie erstmals in Augenschein genommen wurde noch früher – unvorstellbar früher! – Das Universum. Die Ergebnisse wurden auf einer eigens einberufenen Pressekonferenz bekannt gegeben; gleichzeitig wurde ein detaillierter wissenschaftlicher Artikel der Gruppe veröffentlicht, und alle damit verbundenen technischen Informationen wurden auf der Website des Experiments veröffentlicht.

In der astrophysikalischen Gemeinschaft verursachte diese Botschaft Euphorie, und sie ist durchaus berechtigt. Das Ergebnis von BICEP2 – wenn es tatsächlich bestätigt wird – eröffnet zum ersten Mal die Möglichkeit, die Eigenschaften des Universums im Zeitalter der kosmischen Inflation, die einen Bruchteil einer Sekunde vom Urknall ist, experimentell zu überprüfen. Die Theorie eines inflationären Universums, immer noch neugierig, erregt die Phantasie, wenn auch plausibel – aber immer noch eine Hypothese, die sich in eine Biographie unseres realen Universums verwandelt.Die Implikationen für die Astrophysik und für die Teilchenphysik sind enorm.

Bevor über die Arbeit selbst ausführlich berichtet wird, ist es notwendig, eine gewisse Schwerpunktverlagerung in vielen Medien zu korrigieren. Sie berichten, dass BICEP2 Gravitationswellen entdeckt hat, und dies wird manchmal als Hauptergebnis gewertet. Dies ist keineswegs der Fall. Niemand zweifelt an der Existenz von Gravitationswellen, und der Nobelpreis für Physik für 1993 wurde bereits für ihren indirekten Nachweis vergeben. Das Ergebnis von BICEP2 ist auch eine indirekte und keine direkte Bestätigung der Existenz von Gravitationswellen. Ihre direkte Registrierung auf den Detektoren der Gravitationswellen ist noch nicht erreicht worden; Dieser zukünftige Nobelpreis wartet immer noch auf seinen Preisträger.

Viel wichtiger ist, wo diese Gravitationswellen im frühen Universum herkommen, woher stammen sie, worüber sprechen sie? Gravitationswellen spielen hier eine Rolle. Recherchetool das frühe Universum, das es dir erlaubt, in dieser fernen Ära über die physischen Barrieren hinwegzuschauen, denen sogar andere Beobachtungsmethoden nicht einmal nahe kommen. Wenn das Ergebnis von BICEP2 und seine Interpretation tatsächlich richtig sind, geben sie uns einige wichtige neue Erkenntnisse über die Struktur unserer Welt.

  • Es wurde festgestellt, dass im frühen Universum ziemlich stark waren primär Gravitationswellen und eine Schätzung der Intensität dieser Wellen. Es wird angenommen, dass diese primären Gravitationswellen nur während der Inflationsphase des Universums auftreten können.
  • Inflation ist also keine Fantasie mehr und keine abstrakte mathematische Theorie, sondern eine wirkliche Grundeigenschaft unserer Welt. Darüber hinaus steht diese Eigenschaft nun für experimentelle Studien zur Verfügung. Bereits die ersten Messungen der Intensität der primären Gravitationswellen geben einem Inflationsmodell den Vorzug, schließen sich gegenseitig und lehnen natürlich alternative Wege des Universums ab, zum Beispiel das epirotische Szenario.
  • Inflation sollte verursacht werden Inflationsfeldwas offensichtlich nicht im Standardmodell der Teilchenphysik ist. Das Ergebnis von BICEP2 ist die Bestätigung, dass dieses Feld existiert.
  • Die Anwesenheit dieses Feldes und die gemessene Intensität der Gravitationswellen weisen darauf hin, dass es eine neue Physik auf einer Skala von etwa 10 gibt16 GeV. Diese Energieskala erinnert schmerzlich an die theoretisch vorhergesagte Skala der Großen Vereinigung, dh die Vereinigung einer starken, schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkung innerhalb einer einzigen Theorie.Ob daraus weitreichende Schlüsse gezogen werden müssen, ist eine offene Frage.
  • Sowohl das Gravitationsfeld als auch das Inflatonfeld werden ebenfalls getestet. Quantenfluktuationenwelche Inflation bläht sich zu enormen Anteilen auf. Ohne die Quantenfluktuationen des Gravitationsfeldes gäbe es keine starken primären Gravitationswellen. Daher kann das Ergebnis von BICEP2 berücksichtigt werden experimentelle Bestätigung der Quantengravitationwenn auch indirekt.

Wenn das Ergebnis von BICEP2 Tests – sowohl experimentell, auf anderen Installationen, als auch theoretisch – standhält, wird es die lauteste kosmologische Entdeckung seit mindestens 1998, als eine beschleunigte Expansion des Universums entdeckt wurde. Darüber hinaus wird diese Entdeckung nicht nur die Astrophysik, sondern auch die fundamentale Physik der Mikrowelt betreffen. Für die moderne Elementarteilchenphysik, die jetzt in der Gefangenschaft des Standardmodells erstickt, wird dies zu einem seltenen Atemzug frischer Luft, der Hoffnung, die Neue Physik zu entdecken.

Kosmische Inflation und ihre beobachtbaren Effekte

Die Geschichte dessen, was kosmische Inflation ist und wie sie fließen könnte, ist am besten von Andrej Linde zu hören, einem der Autoren dieser Idee.Um jedoch den Kontext der Entdeckung von BICEP2 zu verstehen, reicht es aus, fig. 2, die die Schlüsselphasen der Entwicklung des Universums vom Moment des Urknalls bis heute nach den Konzepten der modernen Physik darstellt.

Abb. 2 Wichtige Meilensteine ​​in der Entwicklung des Universums vom Urknall bis zur Gegenwart. Oberteil Die Abbildung zeigt Gravitationswellen und Dichte-Inhomogenitäten, die durch die Inflation in der frühesten Phase des Universums erzeugt werden. Schema von der Website en.wikipedia.org

Was den Urknall ausmacht, ist nicht sicher bekannt, obwohl es natürlich Theorien zu diesem Thema gibt. Die Hauptsache ist, dass unmittelbar danach das Universum – abgesehen von anderen Teilchen und Feldern – mit einem besonderen gefüllt wurde Inflationsfeld"treibende Kraft" der Inflation. Dieses Feld zwang aufgrund seiner ungewöhnlichen Eigenschaften den Raum dazu, sich in einem ungeheuren Tempo auszudehnen und in einem unbedeutenden Bruchteil einer Sekunde um "10 zur Potenz von 10 in die Potenz vieler Male" zu wachsen. Alles, was das Universum bis zu dieser Zeit gefüllt hatte, wurde jetzt in die unerreichbaren Entfernungen getragen. Das Universum wurde plötzlich völlig leer und kalt. Was bleibt, sind das Inflationsfeld und die Gravitation, die immer mit der Raumzeit verbunden sind.Im Zuge dieses furiosen Aufflammens des Universums erschienen in beiden Feldern, inflatonous und gravitational, Quantenfluktuationen, die sofort zu enormen Größen anwuchsen. Schließlich wurde das Inflaton-Feld an einem gewissen Punkt auf ein Minimum gerollt und verwandelte sich in eine super-dichte und super-heiße Mischung aller Arten von Teilchen und Strahlungen. Die Inflation ist beendet, und das Stadium der üblichen Expansion und allmählichen Abkühlung des Universums hat begonnen.

Die Folgen der Inflation sind jedoch die Folgen – Fluktuationen von zwei Feldern schwollen zu großen Größen an (der obere Teil von Fig. 2). Inflationsschwankungen sind in Heterogenitäten der Dichte heißer Materie übergegangen, auf der später die großräumige Struktur des Universums zu wachsen begann. (Denken Sie nur darüber nach – Galaxien, Sterne und wir sind auch die "Nachfahren" der Quantenfluktuationen im Inflatonfeld!) Und Gravitationsfluktuationen verwandelten sich in primäre SchwerewellenWer begann das Universum zu gehen.

Im Laufe der weiteren Entwicklung wurde das Universum zunächst mit heißem Plasma gefüllt. Das Licht in einem solchen Universum konnte sich nicht frei ausbreiten, sondern wurde ständig von freien Elektronen gestreut.Primäre Gravitationswellen verursachten zusätzliche spezifische Plasmadeformationen und beeinflussten dadurch deren Lumineszenz. Vorerst wurde dieser Einfluss durch die Streuung von Licht im Plasma ständig gelöscht. Als das Universum jedoch etwa 380.000 Jahre alt war, fiel die Temperatur auf mehrere tausend Grad und das Plasma begann sich in ein neutrales Gas zu verwandeln. Das Universum wurde für Photonen plötzlich durchlässig, und nach der letzten Streuung durch Elektronen waren die Photonen bereits sich selbst überlassen und konnten Milliarden von Jahren durch das Universum fliegen (Abb. 2). Dieses Echo des Glühens des frühen heißen Universums registrieren wir jetzt als CMB und dadurch fühlen wir den Zustand des Universums im Moment seiner scharfen "Erleuchtung". Satellitenbeobachtungen von Reliktstrahlung werden seit langem durchgeführt, und dank ihnen kennen wir jetzt die "fleckige" Struktur der Reliktstrahlung im kleinsten Detail (Abb. 3). Die Warteschlange ist jetzt für die gleich genaue Messung der Polarisation.

Abb. 3 Karte der Mikrowellenhintergrundstrahlung gemäß dem WMAP-Satelliten. Die Farbe zeigt den Unterschied zur Durchschnittstemperatur. Bild von space.mit.edu

Theoretische Berechnungen haben gezeigtdass die Verformung des Plasmas aufgrund von Gravitationswellen ein gewisses Bild der Polarisation der Hintergrundstrahlung erzeugen sollte, die versucht werden kann, experimentell zu registrieren. Aber Gravitationswellen in dieser Epoche konnten nur primär sein. Es ist in anwesend Die starken Gravitationswellen des Universums können von verschiedenen kompakten Objekten ausgesandt werden, und dann gab es noch keine kompakten, kompakten Objekte – schließlich hatte die Materie noch keine Zeit, sich zu etwas Kompaktem zu langweilen! Deshalb wurde klar, dass die Registrierung der ungewöhnlichen Polarisation des CMB es ermöglichen wird, Gravitationswellen im Universum im Alter von 380.000 Jahren zu sehen, und durch sie – im Alter von 10 Jahren – ins Universum schauen-32 Sekunden Somit ist es möglich, die Vorhersagen der Inflationstheorie experimentell zu testen.

Polarisation des CMB und seiner Suche

Nun müssen wir sagen, woher die Polarisation der CMB-Strahlung kommt und wie man daraus Informationen über die Eigenschaften des frühen Universums gewinnen kann. Relibestrahlung ist das Leuchten eines erhitzten Körpers, und normalerweise ist ein solches Leuchten unpolarisiert.Im frühen Universum war der erhitzte Körper ein Plasma mit Dichte- und Temperaturinhomogenitäten, und aufgrund dessen nahm die Strahlung eine leichte Polarisation an. Dieser Effekt ist in Abb. 2 dargestellt. 4

Abb. 4 Der Haupteffekt führt zu einer teilweisen Polarisation der Hintergrundstrahlung. Unpolarisiertes Licht, das aus verschiedenen Richtungen kommt und auf der Elektronenwolke gestreut wird (Stelle in der Mitte) in Aufwärtsrichtung, erwirbt eine Polarisation in Abhängigkeit von der thermischen Umgebung. Bild von D. Baumann Präsentation, CMB Polarisation

Nimm ein Photon der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die jetzt auf der Erde registriert ist, und zeichne ihre Vergangenheit nach. Wir sehen ihn jetzt in dem Polarisationszustand, in dem er sich im Zeitalter der Erleuchtung des Universums befindet, nach der letzten Streuung durch freie Elektronen. Wenn ein Photon durch ein Elektron gestreut wird, nimmt es eine Teilpolarisation senkrecht zur Streuebene auf. Trifft das Licht von allen Seiten gleichmäßig auf die Elektronen ein, so bleibt im Mittel das Streulicht unpolarisiert, da alle Richtungen mit gleicher Wahrscheinlichkeit dargestellt werden. Wenn es jedoch Unregelmäßigkeiten im Plasma gibt, kommt mehr von einer Seite der Welt als von der anderen.und dann wird das Licht teilweise polarisiert.

Abb. 5 E-Mode-Polarisation der Hintergrundstrahlung mit unterschiedlichen thermischen Inhomogenitäten. Bild von D. Baumann Präsentation, CMB Polarisation

Wenn die Heterogenität die Form einer Welle mit abwechselnd wärmeren und kälteren Streifen hat, dann ist die Polarisation bei kalten Streifen parallel und bei heißen Streifen senkrecht (Abb. 5, oben). Nehmen wir jetzt einen separaten thermischen Fleck in der CMB-Strahlungskarte, dann wird die Polarisation wie ein Stern in der Nähe des kalten Flecks und ein Kreis um den heißen Fleck aussehen (Abb. 5, unten). Beide Polarisationsarten werden "E-Mode" genannt. E-Mode ist nicht ungewöhnlich, sondern spiegelt einfach die Heterogenität des glühenden Plasmas wider.

Wenn jedoch eine Gravitationswelle das Plasma passiert hat, wird das Bild anders aussehen. Um die einzelnen Spots werden sich eigentümliche entstehen Vorticity Polarisation (Fig. 6). Solche Polarisationsarten werden "B-Modes" genannt. Die Bezeichnungen "E-Modi" und "B-Modi" sind eine Hommage an die mathematische Methode, solche Muster zu klassifizieren; sie ähneln elektrischen und magnetischen Moden des Strahlungsfeldes. Ihr charakteristisches Merkmal, das in Abb.5 und 6, ist, dass die E-Moden in Bezug auf Spiegelreflexion symmetrisch sind und die B-Moden nicht sind. Für Details darüber, wie Gravitationswellen eine solche Polarisation erzeugen, siehe die CMB-Polarisationspräsentation, und eine etwas mehr technische Einführung findet sich in Artikel A CMB Polarisationsprimer.

Abb. 6 B-Mode-Polarisation der Hintergrundstrahlung. Bild von D. Baumann Präsentation, CMB Polarisation

So können die B-Polarisationsmoden nicht durch einfache Kondensationswellen und Plasmaentladungen entstehen. Sie benötigen genau Gravitationswellen. Aber im frühen Universum, zur Zeit seiner Erleuchtung im Alter von 380.000 Jahren, konnten starke Gravitationswellen nur durch Inflation verursacht werden. Deshalb hat eine so scheinbar technische Frage, wie die Entdeckung der B-Mode, für die Astrophysiker eine so große Bedeutung erlangt.

Leider ist nicht alles so glatt. Zunächst stellte sich heraus, dass B-Moden auch aus gewöhnlichen astrophysikalischen Prozessen im modernen Universum entstehen können, nämlich aufgrund der Gravitationslinsenbildung von Mikrowellenstrahlung (Abb. 7). Jedoch haben theoretische Berechnungen gezeigt, dass diese zwei Effekte experimentell geteilt werden können. Die Relikt-Gravitationswellen sollten großskalige B-Moden und die Effekte des Linseneffekts – kleinskalig – erzeugen.Um das Zeitalter der Inflation zu "betrachten", ist es daher notwendig, nicht nur B-Modi zu registrieren, sondern auch ihre Skalenverteilung aufzubauen und die beiden Effekte voneinander zu trennen.

Abb. 7 Relikte Strahlung, wenn sie sich durch das Universum bewegen, wird aufgrund der Wirkung von Gravitationslinsen auf spätere massive Strukturen leicht abgelenkt und dieser Effekt induziert auch B-Mode-Polarisation. Bild von www.skyandtelescope.com

Was die experimentelle Suche anbelangt, wurde die Reliktstrahlungspolarisation erstmals 2002 aufgenommen, aber natürlich waren dies nur E-Moden. Die Suche nach dem B-Mod ist in den letzten Jahren zu einem Hauptziel der beobachtenden Kosmologie geworden. Etwa ein Dutzend Experimente, sowohl bodenbasiert als auch weltraumbasiert, haben entweder bereits ihre Obergrenzen für die Größe der B-Modi veröffentlicht oder akkumulieren Daten für die Analyse. Vor einem Jahr wurden schließlich kleine B-Moden von einem SPT-Detektor gefunden (übrigens befindet er sich auch am Südpol in der Nähe von BICEP2). Danach kam "das Streben nach Inflation" auf die Zielgerade. Die Technologie funktioniert, die Polarisation wird registriert, und es bleibt noch ein wenig mehr zu schieben, damit die lang erwarteten Relikt-Gravitationswellen im Polarisationsmuster zu erscheinen beginnen.Es ist zwar völlig unbekannt, wie stark oder schwach dieses Signal sein würde; Die Physiker haben hier Glück: In nur drei Jahren und nicht in Jahrzehnten wurden ausreichende Statistiken für die Entdeckung gesammelt.

Einige Details der Arbeit

Von Anfang an unterschied sich das BICEP-Projekt von anderen "Jägern" hinter den B-Mods darin, dass es nicht vielseitig einsetzbar ist, sondern speziell für diese Suche und Detektion eines Signals von primären Gravitationswellen "geschliffen" wurde. Solch ein spezialisiertes Projekt bedeutete natürlich ein beträchtliches Maß an "wissenschaftlichem Risiko" – entweder gab es eine überwältigende Entdeckung oder nichts.

An sich ist die BICEP2-Installation ein sehr bescheidenes Refraktor-Teleskop, das in der Lage ist, einen Teil des Himmels mehrere zehn Grad zu "sehen". Die Öffnung seines optischen Systems beträgt nur 26 cm gegen viele Meter mit riesigen Teleskopen. Dieses Teleskop ist jedoch nicht auf optische Strahlung, sondern auf Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von 150 GHz abgestimmt und zielt darauf ab, diese Strahlung zu polarisieren. In der Fokusebene des Teleskops befindet sich ein speziell zusammengesetztes Array von 512 mikroskopischen Antennendetektoren (Abb. 8). In ihnen verursacht eine elektromagnetische Welle eine thermische Antwort, die von mikroskopischen supraleitenden Thermometern aufgezeichnet wird.Die gesamte Anlage ist in einem Tank mit flüssigem Helium untergebracht, und die Brennebene wird auf einer Temperatur von 0,27 K gehalten. Der Standort wird gewählt, weil es hervorragende Bedingungen für die Beobachtung des Mikrowellenhintergrunds gibt: Die Atmosphäre ist dünnflüssig, das Wetter ist immer klar, das elektromagnetische Rauschen ist sehr gering Abgelegenheit von der Zivilisation.

Die Untersuchung der Polarisation von Mikrowellenstrahlung erfordert eine sehr hohe Empfindlichkeit vom Detektor. Die Hintergrundstrahlungstemperatur beträgt 2,7 K, aber im Allgemeinen ist diese Strahlung sehr isotrop, die Amplitude der Temperaturinhomogenitäten (Punkte in Abb. 3) ist nur ein Bruchteil von Millikelvin. Die Polarisation, die von ihnen verursacht wird, und noch weniger – wenn Sie es in Temperatur umwandeln, erhalten Sie ein paar Mikrokelvins. Also, B-Modi, die noch subtiler sind, erfordern Empfindlichkeit in Zehntel Mikrokelvin. BICEP2 bewältigt diese Aufgabe erfolgreich: Sein Fehler bei der Messung der Polarisationskarte für drei Jahre Beobachtungen betrug 87 nK.

Abb. 8 Matrix von mikroskopischen Antennenpolarisationsdetektoren der Mikrowellenstrahlung, die sich in der Fokusebene des BICEP2-Teleskops befinden. Bild von bicepkeck.org

Die erste Sitzung der BICEP-Installation fand 2006-2008 statt. Obergrenzen für die Intensität der B-Mode wurden erhalten, jedoch fand keine zuverlässige Registrierung statt. Danach wurde die Installation aktualisiert. seine Empfindlichkeit ist um eine Größenordnung aufgrund einer viel größeren Anzahl von Antennendetektoren in der Brennebene gestiegen. Eine neue Datensatzsitzung wurde 2010-2012 abgehalten (die gesamte Beobachtungszeit betrug 590 Tage), und nun wurden die ersten Ergebnisse veröffentlicht.

Abb. 9 Die Intensität der B-Mode hängt von der Anzahl der Multipole ab (je höher die Multipole sind, desto kleiner ist die Winkelgröße). Farbige Dreiecke zeigt die oberen Grenzen von früheren Experimenten, graue Dreiecke – Beschränkungen, die in der ersten Phase der BICEP-Arbeit festgelegt wurden. Schwarze Punkte – BICEP2-Daten. Rote Kurven die erwartete Intensität des B-Modus aufgrund von Linseneffekt erfüllen (durchgezogene Kurve) und primäre Gravitationswellen einer bestimmten Intensität (gestrichelte Kurve). Bild aus dem Artikel zur Diskussion

Zuallererst wurde gemäß den Ergebnissen der Beobachtungen eine Karte der Polarisationsparameter konstruiert. Dann wurden E-Moden und B-Polarisationsmoden getrennt von dieser räumlichen Verteilung getrennt. In Abb.1 oben zeigt nur eine separate B-mod-Karte. Die Intensität der B-Modi ist abhängig von ihrer Winkelskala in Abb. 9. Es ist ersichtlich, dass konventionelle Gravitationslinsen nicht genug sind, um die Ergebnisse von BICEP2 adäquat zu beschreiben. Dies ist auch in Abb. 2 dargestellt. 1 unten, wo das Ergebnis der Modellierung des Bildes, das der Detektor sehen konnte, wenn es keine primären Gravitationswellen gab, gezeigt ist. Somit zeigen die Daten eindeutig das Vorhandensein eines neuen Effekts an, der B-Modi erzeugt.

Die statistische Signifikanz des Signals selbst ist 5.9σ und nach den Kriterien der modernen Physik wird dieses Ergebnis als eine vollständige Entdeckung angesehen. Die statistische Signifikanz der Aussage, dass dieses Signal nicht auf äußere astrophysikalische Effekte zurückzuführen ist, war bisher jedoch gering – nur 2.3σ. In einfachen Worten, BICEP2 registriert unwiderlegbar das Vorhandensein von B-Modi, die wahrscheinlichverursacht durch die primären Gravitationswellen, aber das endgültige Urteil hier ist unmöglich zu machen. Dies erfordert noch genauere Messungen der Polarisation sowie eine gründliche Überprüfung dessen, was andere astrophysikalische Effekte leisten können.

Wenn die Entdeckung von BICEP2 sich wirklich auf die Inflation bezieht, dann eröffnet sich die Möglichkeit, eine Reihe von Tests der Vorhersagen der Inflationstheorie durchzuführen. Dies ist eine genaue Messung des Spektralindex von Dichtefluktuationen und primären Gravitationswellen. Die Inflation sagt voraus, dass zwischen diesen beiden Spektralindizes eine Verbindung besteht, und kann mit entsprechender Messgenauigkeit überprüft werden. Darüber hinaus können Sie versuchen, noch größere Polarisations-B-Moden zu registrieren – sie werden auch theoretisch vorhergesagt. Sicher, dies erfordert die Messung der Reliktstrahlung bereits am Himmel, und dies kann nur durch ein Weltraumteleskop erfolgen. Der Planck-Satellit versucht nun, es zu schaffen – die Registrierung der B-Mode-Polarisation ist einer der wichtigsten Punkte seines wissenschaftlichen Programms.

Nun, astrophysikalische Theoretiker sind jetzt eine echte Weite. Man kann versuchen, im Rahmen verschiedener Theorien die gemessene Intensität von Relikt-Gravitationswellen zu erklären. Sie können neue spezifische Vorhersagen für Experimente treffen. Sie können eine gesunde Skepsis zeigen und versuchen, herauszufinden, ob der entdeckte Effekt keine schlaue Manifestation eines normalen astrophysikalischen Prozesses ist.Und diese Aufregung hat bereits begonnen – mehrere Artikel pro Tag erscheinen im Archiv von E-Prints über das Verständnis und die Verwendung des BICEP2-Ergebnisses. Das große Interesse wird sich in den nächsten ein oder zwei Jahren fortsetzen und vielleicht sogar noch verstärken, wenn andere Messungen eintreffen werden.

Quelle: BICEP2-Kollaboration, BICEP2 I: Detektion der B-Modus-Polarisation bei Grad-Winkelskalen // e-print arXiv: 1403.3985 [astro-ph.CO].

Zusätzliche technische Informationen:
1) BICEP2 Zusammenarbeit. BICEP2 II: Experiment und Dreijahresdatensatz // e-print arXiv: 1403.4302 [astro-ph.CO].
2) BICEP2 2014 Results Release – Website für die Zusammenarbeit mit detaillierten technischen Informationen über das Experiment und seine Ergebnisse.
3) W. Hu, M. Weiß. Ein CMB-Polarisations-Primer, Astro-ph / 9706147 e-Print – ein einführender Überblick über die Polarisation der Hintergrundstrahlung und deren Messung.

Beliebte Materialien:
1) A. Linde. Das vielseitige Universum, der öffentliche Vortrag der Dynasty Foundation.
2) CMB Tutorials – eine Auswahl an einführenden Materialien über Reliquienstrahlung.
3) Eine Reihe populärer Notizen in Matt Stresslers Blog über das Ergebnis von BICEP2 und seine Bedeutung.

Igor Iwanow


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