Физики, ищущие признаки первичных гравитационных волн, просеивая самый ранний свет в космосе — космический микроволновый фон (CMB), — сообщили о своих выводах: по-прежнему ничего.
Но последние результаты эксперимента BICEP3 на Южном полюсе далеко не бесполезны. Они ужесточили ограничения для моделей космической инфляции, процесса, который теоретически объясняет несколько сбивающих с толку особенностей нашей Вселенной и который должен был вызвать гравитационные волны вскоре после вселенная началась.
Космическая инфляция — это идея о том, что на очень раннем этапе истории Вселенной объем пространства во Вселенной увеличился с примерно размера атома водорода до светового года в поперечнике, примерно за время, необходимое свету, чтобы пройти его. -триллионная часть пути через один и тот же атом.
Инфляция может многое объяснить — в частности, почему Вселенная кажется довольно гладкой и выглядит одинаково во всех направлениях, почему пространство плоское и почему нет магнитных монополей. Тем не менее физикам не удалось выяснить точные детали, и они придумали множество различных способов возникновения инфляции.
Один из способов определить, какая из этих инфляционных моделей верна — это поиск гравитационных волн, которые возникли бы при расширении пространства и сдвиге вещества и энергии в нем. В частности, эти волны должны оставлять отпечаток на поляризации света в космическом микроволновом фоне.
Этот поляризованный свет имеет две составляющие: B-моды, которые кружатся по небу, и E-моды, которые расположены более упорядоченными линиями. Хотя детали зависят от того, какая модель инфляции верна, первичные гравитационные волны должны проявляться в виде определенных паттернов B и E.
Начиная с середины 2000-х годов, исследователи начали изучать поляризацию B-модов в CMB в поисках доказательств существования первичных гравитационных волн. Со временем детали экспериментов значительно изменились.
В первом эксперименте BICEP было задействовано около 50 обработанных металлических рупоров, которые обнаруживают крошечные различия в микроволновом излучении, каждый из которых оснащен термодатчиками и поляризационными решетками для измерения поляризации. Следующее поколение, BICEP2, потребовало технологического скачка — новых сверхпроводящих детекторов, которые можно было бы более плотно разместить в той же области, что и предыдущие телескопы. Преемник Keck Array по сути представлял собой несколько телескопов BICEP2 в одном.
При поддержке гранта SLAC, направленного на научные исследования и разработки, ученые разработали ряд новых систем и материалов. К ним относятся компоненты детекторов, которые более модульные и их легче заменять, а также линзы и фильтры, которые более прозрачны для микроволн, но блокируют больше инфракрасного света, что помогает охлаждать чувствительные к температуре сверхпроводящие микроволновые детекторы.
Эти достижения, в сочетании с данными предыдущих экспериментов, включая BICEP2, Keck, WMAP и Planck, позволили исследователям установить самые жесткие границы того, какие виды первичных гравитационных волн могут существовать там — и, следовательно, самые жесткие ограничения на модели космической инфляции.
По мере поступления все большего количества данных из BICEP3 и его непосредственного преемника, BICEP Array, а также из других проектов, физики начнут получать подсказки, которые еще больше помогут сфокусировать их поиск более совершенных моделей инфляции. Тем не менее, возможно, придется подождать, пока будет построен CMB-S4, проект, который в настоящее время находится на рассмотрении в Министерстве энергетики, чтобы получить более четкие ответы.
