十年磨一劍：中國(guó)原初引力波探測(cè)正式啟動(dòng)

中國(guó)科學(xué)院高能物理所近日宣布阿里原初引力波探測(cè)正式啟動(dòng)。原初引力波是宇宙開(kāi)端的大爆炸產(chǎn)生的引力波，在宇宙誕生的最初的瞬間，宇宙中充滿(mǎn)稠密的物質(zhì)，以致由粒子間的碰撞而產(chǎn)生的引力波被另一些粒子吸收了。在宇宙迅速擴(kuò)張的暴脹階段，宇宙的密度突然下降，釋放出的引力波不再被吸收。所以，發(fā)現(xiàn)原初引力波被認(rèn)為是對(duì)早期宇宙理論的檢驗(yàn)。

項(xiàng)目首席科學(xué)家、中科院高能物理所研究員張新民在接受采訪時(shí)表示，阿里即將建設(shè)的觀測(cè)站將是世界上第一個(gè)地處北半球的原初引力波觀測(cè)站，也是我國(guó)第一次啟動(dòng)引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)。他說(shuō)：“項(xiàng)目組計(jì)劃用5年的時(shí)間，在西藏阿里建成‘阿里一號(hào)’望遠(yuǎn)鏡并開(kāi)始科學(xué)觀測(cè)。”

十年選址，觀測(cè)站落戶(hù)雪域高原

西藏阿里地區(qū)位于青藏高原北部，有“世界屋脊的屋脊”之稱(chēng)。由于海拔高、空氣稀薄，是世界上人口密度非常低的區(qū)域之一。但是對(duì)原初引力波觀測(cè)來(lái)說(shuō)，它獨(dú)特的地理環(huán)境是極為合適的。

原初引力波的探測(cè)是以測(cè)量宇宙微波背景輻射（CMB）光子B模式偏振信號(hào)為主要手段，而CMB的地面探測(cè)對(duì)地面大氣環(huán)境要求苛刻，大氣中的水汽含量是一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。一方面空氣中的水分子會(huì)吸收CMB光子，另一方面水汽也會(huì)在微波波段產(chǎn)生輻射，對(duì)信號(hào)形成干擾。

“大氣越稀薄、水汽含量越少，干擾就越小，才越有希望看清原初引力波留下的痕跡”，阿里項(xiàng)目的高級(jí)顧問(wèn)、美國(guó)斯坦福大學(xué)研究員郭兆林說(shuō)。

所以，探測(cè)原初引力波，尋找合適的觀測(cè)點(diǎn)至關(guān)重要。根據(jù)專(zhuān)家們的分析，全球只有4個(gè)地方適合進(jìn)行CMB探測(cè)：位于南半球的智利阿塔卡瑪沙漠、南極，以及位于北半球的格陵蘭島和我國(guó)西藏阿里。

作為南極BICEP項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人之一，郭兆林對(duì)原初引力波的探測(cè)經(jīng)驗(yàn)豐富。他表示，“阿里觀測(cè)站地處海拔5000米以上的青藏高原地區(qū)，具有得天獨(dú)厚的地理環(huán)境優(yōu)勢(shì)、觀測(cè)氣象條件與配套基礎(chǔ)設(shè)施。”

選中阿里，天文學(xué)家在西部野外探勘了近十年，并于2010年啟動(dòng)國(guó)家天文臺(tái)阿里觀測(cè)站的建設(shè)。張新民告訴，國(guó)家天文臺(tái)阿里觀測(cè)站是阿里原初引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能迅速展開(kāi)的重要依托。

2014年中國(guó)的科學(xué)家們開(kāi)始規(guī)劃原初引力波觀測(cè)計(jì)劃，時(shí)隔兩年多之后這一計(jì)劃終于得到落實(shí)，現(xiàn)在阿里項(xiàng)目已申請(qǐng)科研經(jīng)費(fèi)1.3億元人民幣，計(jì)劃建成世界上最靈敏的原初引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)，并在宇宙誕生與演化、暗物質(zhì)、暗能量等其他科學(xué)研究中獲取新進(jìn)展。

多方合作，探尋宇宙起源的秘密

在阿里項(xiàng)目啟動(dòng)儀式現(xiàn)場(chǎng)，中科院高能物理所所長(zhǎng)王貽芳表示，我國(guó)從上世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行引力波的研究，但受各種條件的局限，僅限理論研究，而現(xiàn)在國(guó)家啟動(dòng)原初引力波探測(cè)，這是一個(gè)特別好的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

此次，阿里項(xiàng)目采用國(guó)際合作項(xiàng)目。張新民表示，“阿里項(xiàng)目由中方主導(dǎo)，美方參與。中美合作不是競(jìng)爭(zhēng)，而是互補(bǔ)共贏。”