“婴儿宇宙”新理论助力“捕捉”原初引力波

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安徽论坛记者 陈婉婉)记者近日从中国科学技术大学获悉,该校蔡一夫教授带领国际合作团队发现“婴儿宇宙”处在高能物理的“沙漠”能区时,存在原初引力波共振非线性理论现象。原初引力波信号通过该现象过程,能被放大4个至6个数量级乃至更大,从而被探测器检出,可用于验证某些传统物理“不可触及”的宇宙起源理论模型。该成果日前发表于《物理评论快报》。

在“婴儿时期”的宇宙中,现在所有的物质和暗物质都曾以极微小的基本粒子形态存在。“婴儿宇宙”温度极高,远超现在高能物理实验中能触及的最高温度。这段时期的物理被称为高能区新物理,因为超出当前探索能力,被称为高能物理的“沙漠”区域。

当前,探索宇宙起源的主要科技手段是搜寻来自宇宙创生时期的时空涟漪,即原初引力波,它就像留声机一样忠实地记录了宇宙在早期所发生的一切。能否捕获到原初引力波,是人类寻找超出粒子物理标准模型的高能区新物理的关键线索。

“暴胀宇宙”是宇宙起源和高能区新物理的代表性假说,认为宇宙在大爆炸后一瞬间,体积急剧放大。但作为暴胀学说中的一项重要预言,原初引力波迟迟未被捕获。蔡一夫团队通过构造一个具体的模型范例,精准地论证出即便“婴儿宇宙”是在超出粒子物理标准模型的“沙漠”能区经历的暴胀过程,也能产生足够大的原初引力波,从而理论上说明高能物理的“沙漠”区域也可能存在生机盎然的新物理“绿洲”。这一理论成果为原初引力波探测实验建设提供了重要科学目标,也为搜寻超出粒子物理标准模型的高能新物理打开一扇窗。


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