封面新聞記者 張崢 實(shí)習(xí)生 陳丹

原初引力波探測被公認(rèn)為重大的基礎(chǔ)科學(xué)前沿，是檢驗(yàn)宇宙起源理論的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)。

在人跡罕至的西藏阿里，為尋找“創(chuàng)世遺跡”，中國科學(xué)家們在5250米海拔的觀測站插著氧氣管工作。日前，他們成功獲取月球和木星輻射的150GHz頻段清晰圖像，實(shí)現(xiàn)了阿里原初引力波望遠(yuǎn)鏡一期（AliCPT-1）的首光觀測。

插著氧氣管工作

“不同于LIGO實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的天體物理起源的引力波，原初引力波是宇宙大爆炸初期由量子漲落引發(fā)的時(shí)空漣漪，它承載著138億年前宇宙創(chuàng)生瞬間最原始的信息，是人類目前可探測到的最古老的宇宙遺跡。”7月15日，封面新聞記者采訪了參與原初引力波探測實(shí)驗(yàn)的中國科學(xué)家們：阿里原初引力波探測實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家、AliCPT發(fā)言人張新民，阿里原初引力波探測實(shí)驗(yàn)經(jīng)理劉聰展，阿里原初引力波探測實(shí)驗(yàn)副首席科學(xué)家李虹。

原初引力波為何如此重要？

作為宇宙暴脹理論最關(guān)鍵的“直接證據(jù)”，原初引力波探測將直接驗(yàn)證暴脹模型、揭示宇宙起源之謎，并為引力子的存在提供間接證據(jù)，推動量子引力理論的發(fā)展。這一探測不僅將重塑人類對宇宙初始狀態(tài)的認(rèn)知，更可能開創(chuàng)統(tǒng)一廣義相對論與量子力學(xué)的新紀(jì)元，被國際學(xué)界公認(rèn)為繼希格斯粒子發(fā)現(xiàn)后最具革命性的科學(xué)突破方向。

張新民告訴記者，2016年LIGO實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的引力波屬于是“宇宙日常波動”，原初引力波是“創(chuàng)世遺跡”，它能量更低、更難捕捉，但科學(xué)意義獨(dú)特——它關(guān)乎的不是天體事件，而是宇宙本身如何從無到有。所以，它的探測，被公認(rèn)為是重大的基礎(chǔ)科學(xué)前沿。

原初引力波探測實(shí)驗(yàn)觀測站

為什么要在5250米海拔建臺址？

“在地面開展原初引力波實(shí)驗(yàn)，對臺址環(huán)境要求十分苛刻，需要大氣透明度高、水汽含量低。”劉聰展介紹說。已有的研究結(jié)果顯示，地球上可以開展原初引力波觀測的臺址包括南半球的南極、智利的阿塔卡馬沙漠，和位于北半球的青藏高原及格陵蘭島。然而，這樣的環(huán)境也帶來極大挑戰(zhàn)，包括極低溫、缺氧、設(shè)備維護(hù)困難等。

“我國西藏阿里地區(qū)5250米海拔的阿里天文觀測基地，水汽含量低，在微波波段，大氣透過率高，非常適合開展原初引力波實(shí)驗(yàn)，可以更清晰地捕捉原初引力波在微波背景輻射中留下的獨(dú)特B模式偏振信號。”

5250米海拔的觀測站

AliCPT是我國首個(gè)原初引力波探測實(shí)驗(yàn)，由中國科學(xué)院高能物理研究所張新民研究員團(tuán)隊(duì)于2014年提出，2016年底正式啟動，2017年3月，基建動工。經(jīng)過8年的努力，AliCPT合作組成員克服疫情和高原缺氧等困難，建成了阿里原初引力波觀測站、完成了阿里一號望遠(yuǎn)鏡基座的研制及在站安裝調(diào)試、完成了望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的研發(fā)、建成了科學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算平臺、建成了觀測站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、完成了望遠(yuǎn)鏡標(biāo)定設(shè)施研制、開展了觀測站環(huán)境監(jiān)測、完成了接收機(jī)研制和在站安裝、實(shí)現(xiàn)了首光觀測。

我國科學(xué)家成功獲取月球和木星輻射天圖

李虹介紹，目前AliCPT一期工程進(jìn)展順利，已完成了望遠(yuǎn)鏡安裝調(diào)試，順利實(shí)現(xiàn)了阿里——北京望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)程操控和數(shù)據(jù)傳輸，成功驗(yàn)證了端到端功能和角分辨率等核心設(shè)計(jì)指標(biāo)。為我國在北半球?qū)υ跻Σǖ奶綔y奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

日前，科學(xué)家們通過AliCPT成功獲取月球和木星輻射天圖，這意味著望遠(yuǎn)鏡首光成功，標(biāo)志著我國在原初引力波探測領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步。“作為北半球首個(gè)高海拔原初引力波的觀測實(shí)驗(yàn)，其建成填補(bǔ)了我國在該研究領(lǐng)域的空白，與南半球的南極、智利形成互補(bǔ)觀測，將進(jìn)一步提升我國在極早期宇宙研究中的國際話語權(quán)。”李虹說。

望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部

打開在北天區(qū)原初引力波搜索的新窗口

AliCPT望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)的多項(xiàng)性能國際一流，是同類型望遠(yuǎn)鏡中有效口徑最大、通光量最大、可容納探測器數(shù)量最多的原初引力波望遠(yuǎn)鏡。該實(shí)驗(yàn)包含多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對我國原初引力波科學(xué)、低溫超導(dǎo)探測器研制、宇宙微波背景輻射(CMB)數(shù)據(jù)分析以及臺址科學(xué)等領(lǐng)域?qū)⑵鸬街匾耐苿幼饔谩?/p>

“接下來，我們將運(yùn)行并不斷升級望遠(yuǎn)鏡，提升其性能和觀測效能，繼續(xù)開展科學(xué)觀測，打開北天區(qū)原初引力波探測的新窗口，同時(shí)探測并研究宇宙暗能量的動力學(xué)機(jī)制。”張新民告訴封面新聞。