从早期宇宙中观察到偏振辐射的一丝新物理学

随着宇宙微波背景的光线，散发了138亿年前（左图像）通过宇宙行进，直到在地球（右图像）上观察到，电磁波振荡（橙色线）的方向通过角度旋β转。旋转可能是由暗物质或暗能量与宇宙微波背景的光相互作用，这改变了极化的偏振图案（图像内的黑线）。图像中的红色和蓝色区域分别显示了宇宙微波背景的热和冷区域。

使用来自宇宙微波背景辐射的普朗克数据，国际研究人员团队已经观察到了一丝新物理学。该团队通过校准了我们自己的银河系的尘埃发射来制定一种测量古代光的偏振角度的新方法。虽然没有足够的精度检测到信号以吸引明确的结论，但它可能表明暗物质或暗能量导致违反所谓的“平价对称”。

管理宇宙的物理法则被认为不会在镜子中翻转时改变。例如，无论您是在原始系统中，还是在镜像系统中，电磁磁性都与之运作相同的运作方式。如果这种称为“奇偶校验”的对称性，它可能会担任理解暗物质和黑暗能源的难以捉摸的性质，分别占据了今日宇宙的25％和70％的宇宙能源预算。虽然暗中都是黑暗的，这两个组件对宇宙的演变具有相反的影响：暗物质吸引，而黑暗能量会导致宇宙更快地扩展。

在东京大学宇宙（Kavli IPMU）的高能量加速度研究组织（Kavli Ipmu）的高能量加速度研究组织（Kek），包括来自核糖研究所（Kavli IPMU）的高能量加速器研究组织（Kek），包括核糖研究所（Kek）的研究人员最大普朗克天体物理学研究所（MPA），报告了诱人的新物理学暗示 - 具有99.2％的置信水平 - 违反平价对称性。他们的调查结果发表在2020年11月23日的物理审查信期刊上;本文被选为编辑建议，由期刊编辑判断是重要的，有趣的，写得很好。

在宇宙微波背景辐射中发现了违反奇偶对称的提示，大爆炸的残余光。关键是宇宙微波背景的偏振光。光是传播电磁波。当它包括在优选方向上振荡的波浪时，物理学家称之为“偏振”。当光散射时出现极化。例如，阳光由具有所有可能的振荡方向的波;因此，它不是极化的。同时，彩虹的光被极化，因为阳光在大气中的水滴散落。类似地，宇宙微波背景的光最初在大爆炸后400,000年散射时最初变得极化。由于这种光线穿过宇宙138亿年，宇宙微波背景与暗物质或暗能量的相互作用可能导致极化平面通过角度（图）旋β转。

“如果暗物质或暗能以违反奇偶对称的方式与宇宙微波背景相互作用，我们可以在极化数据中找到它的签名，”指出yuto minami，ipns，kek的博士博士。

为了测量旋转角度β，科学家们需要极化敏感探测器，例如欧洲航天局（ESA）的普朗克卫星船上的那些。并且他们需要知道极化敏感探测器如何相对于天空定向。如果以足够的精度知道该信息，则测量的偏振平面似乎是人为地旋转的，产生假信号。在过去，通过探测器引入的人工旋转的不确定性本身限制了宇宙偏振角的测量精β度。

“我们开发了一种新方法，用于使用我们的银河系中灰尘发出的偏振光来确定人造旋转，”斯米拉说。“通过这种方法，我们已经实现了一种精确的精度，这是前一项工作的两倍，最终能够衡β量。”由银河系内的灰尘中的光线行进的距离远比宇宙微波背景短得多。这意味着灰尘发射不受暗物质或暗能量的影响，即β仅在宇宙微波背景的光线中存在，而人造旋转影响两者。因此，可以使用两个光源之间测量的偏振角的差异来测β量。

研究团队应用了从普朗克卫星β采取的极化数据测量的新方法。他们发现违反奇偶对称的提示，置于99.2％的置信水平。要求发现新物理学，需要更大的统计显着性，或者需要99.99995％的置信度。Kavli IPMU和Kavli IPMU和卓越群体的主要调查员主任Eiichiro Komatsu说：“很明显，我们还没有找到新物理学的明确证据;确认该信号需要更高的统计显着性。但我们很兴奋，因为我们的新方法最终使我们能够使这个“不可能的”测量，这可能指出新物理学。“

为了确认该信号，可以将新方法应用于宇宙微波背景的任何现有和未来实验，例如Simons阵列和Litebird，其中kek和Kavli IPMU都涉及。

参考：“2018年普华宇宙双折射的新提取宇宙”二极化数据“由Yuto Minami和Eiichiro Komatsu，11月23日，2020年11月23日，物理审查信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.125.221301