Что означают сегменты линий на карте поляризации BICEP2 B-mode?

Путаница, вероятно, происходит из-за того, что Е - поля и Е- модусы совершенно разные (но этимологически схожи).

Фотон несет внутреннюю поляризацию. В классическом ЭМ мы думаем об одной световой волне как о колебаниях электрического и магнитного полей. В вакууме все красиво и просто, а направление распространения, электрическое поле$\vec{E}$, а магнитное поле$\vec{B}$взаимно ортогональны. Смотрите анимацию из Википедии :

Принято считать, что вектор поляризации волны указывает в том же направлении, что и$\vec{E}$. Полосы на карте, которую вы показываете, параллельны$\vec{E}$- они показывают направление поляризации. Кстати, обратите внимание, что они не являются стрелками, поскольку нет физического различия, например, между поляризацией «вверх» и «вниз»; E-поле колеблется вперед и назад.

Теперь, когда мы смотрим на участок реликтового излучения, мы собираем много фотонов. Можно было бы ожидать, что их поляризация будет случайной и, таким образом, аннулируется в совокупности, но это не совсем так. Точно так же, как существуют флуктуации температуры (в некоторых областях неба фотоны реликтового излучения несколько более энергичны, чем в других), существуют флуктуации поляризации. Теории ранней Вселенной обычно дают предсказания флуктуаций как температуры, так и поляризации (и различных других статистических данных).

Гельмгольц говорит нам, что мы можем взять карты, подобные той, что у вас есть, и разложить их на сумму частей без завитков и частей без дивергенции. Части без завихрения называются «Е-модами» по аналогии с классическим Э&М (опять же, но на этот раз не имеющим ничего общего с фотонами), где электрические поля не имеют завихрения (по крайней мере, если ничего не меняется во времени). Точно так же бездивергентные части называются «В-модами», потому что магнитное поле в классическом E&M не имеет дивергенции (т.е. монополей).

Важным предсказанием стандартных инфляционных моделей ранней Вселенной является то, что большинство флуктуаций (например, плотности материи) не вызывают флуктуаций поляризации В-моды (но они могут вызывать флуктуации поляризации Е-моды). Первичные гравитационные волны, с другой стороны, индуцируют оба режима поляризации. Таким образом, если вы посмотрите на поляризацию реликтового излучения и увидите B-моды, у вас есть поддержка инфляционных моделей, включающих гравитационные волны. Вы можете сделать вывод о свойствах ранней Вселенной в рамках некоторой модели, отметив, насколько сильны эти компоненты В-режима.

Так что же показывают сегменты линий? Они представляют направление (по модулю знака) электрического поля в этой точке реликтового излучения. Длина линии, кстати, показывает, насколько сильна поляризация. То есть фотоны не на 100% выровнены с одной и той же поляризацией; скорее, средняя поляризация статистически отклоняется от 0. Длина представляет собой величину этого отклонения.

Чтобы быть немного более точным, сегменты линии представляют результат после вычитания сигнала E-режима, оставляя только B-моды. Цвета показывают ротор векторного поля (ну, векторов по модулю, которые$180^\circ$упомянутая выше симметрия). Технически завиток — это еще одно векторное поле, но, поскольку мы смотрим только на 2D-поверхность, я полагаю, что цвета выбраны для представления величины радиального (плоскостного/внеплоскостного) компонента завитка. Области отмечены красным цветом, если сегменты линий более или менее закручиваются по спирали по часовой стрелке при движении снаружи внутрь к рассматриваемой области, тогда как синий указывает на закручивание против часовой стрелки. Цвета более интенсивны там, где этот эффект сильнее, т. е. линии более когерентно закручиваются по спирали.