Эксперименты BICEP2

Я могу частично ответить на ваши вопросы.

Как мы измеряем поляризацию?

Они измерили так называемую$Q$и$U$Параметры Стокса. Есть четыре параметра Стокса:$I$,$Q$,$U$, и$V$.$I$это интенсивность, о которой мы уже много знаем (температура), то$Q$и$U$представляют собой линейную поляризацию вдоль осей, наклоненных под углом 45° друг к другу, а V описывают круговую поляризацию. Физических явлений, создающих круговую поляризацию в реликтовом излучении, не существует, поэтому мы игнорируем его и рассматриваем только$Q$и$U$(может быть$V$все еще измеряется для калибровки или чего-то еще, но он близок к нулю). Википедия

Почему мы рассматриваем именно$B$режимы?

The $Q$и$U$параметры могут быть легко измерены экспериментально, но не очень удобны для теоретической точки зрения, поскольку они зависят от системы координат, которую вы используете. Что более интересно, так это$E$и$B$режимы поляризации. Учитывая$Q$и$U$карту, вы можете разложить поляризацию на$E$и$B$режимы (однако это может быть сложной проблемой, когда у вас много пикселей или несколько границ).

The $E$моды часто называют «градиентной» частью поляризации, в то время как$B$режим «завиток». Дело в том, что$B$моды могут быть созданы только с тензорным возмущением (т.е. гравитационными волнами), а не скалярным возмущением (температурой).

Наконец, я не думаю, что наблюдаю$B$Модусов имеет только одно значение, что инфляция является единственно возможной теорией. Вы всегда можете найти другие причудливые теории, которые будут давать тот же сигнал. Но они, как правило, более сложны и в целом менее убедительны. Вот почему люди считают, что наблюдение$B$моды является твердым намеком на инфляцию.

Вот ссылка на бумагу.

Это детектор на южном полюсе с телескопом, фокусирующим космическое фоновое излучение (CMB), в фокальной плоскости, оснащенным детекторами, чувствительными к падающей энергии, сигнал поступает в систему сбора данных. Вся система поддерживается на уровне 4 кельвинов, потому что падающее реликтовое излучение имеет очень-очень низкую частоту: система излучения черного тела с температурой 2,7 кельвина.

Кажется, что детекторы в фокальной плоскости спарены

Изменения мощности, падающей на этот остров, детектировались с помощью датчика переходной кромки (TES). На каждой плитке был массив пикселей 8x8, и четыре таких плитки были объединены, чтобы сформировать полную единицу фокальной плоскости. Таким образом, в фокальной плоскости, в принципе, было 256 пикселей с двойной поляризацией для 512 детекторов.

. . .

Фокальная плоскость охлаждалась до 270 мК трехступенчатым сорбционным холодильником замкнутого цикла.

В разделе 4.1

На следующем этапе берется сумма и разность каждой пары детекторов, сумма пар в конечном итоге используется для формирования карт температурной анизотропии, а разность пар используется для измерения поляризации. Затем каждое полусканирование подвергается полиномиальной фильтрации третьего порядка.

Это говорит о том, что относительная разница между соседними датчиками температуры даст информацию о поляризации. В этих детекторах переходного края используется сверхпроводимость для достижения чувствительности к поляризации.

Из FAQ эксперимента

Что такое поляризация B-моды и как она создается инфляцией?

Измерение поляризации космического микроволнового фона в различных точках неба позволяет определить направление и поляризованную интенсивность (поляризованная интенсивность реликтового излучения составляет менее 1/1 000 000 его полной яркости). Это можно визуализировать как карту маленьких отрезков в каждой точке неба, закономерности которых мы анализируем. Поляризация B-моды, по сути, представляет собой закрученную часть этой картины (известную математически как «завиток»). Для флуктуаций плотности, которые порождают большую часть поляризации реликтового излучения, эта часть изначальной структуры точно равна нулю.

[Это связано с тем, что потоки плотности в ранней Вселенной входят в плотные области или выходят из них, и поляризация совпадает с этими потоками таким образом, что не закручивается, производя только так называемую поляризацию Е-моды. Чтобы создать паттерн B-моды в ранней Вселенной, вам нужны гравитационные волны.]

Инфляция усиливает квантовые флуктуации, существующие даже в вакууме. Квантовые флуктуации в самом инфляционном поле («инфлатон») становятся флуктуациями плотности, наблюдаемыми в реликтовом излучении, а в гораздо более поздние времена — в распределении галактик. Во время инфляции квантовые флуктуации гравитации («гравитон») становятся длинноволновыми гравитационными волнами, создающими B-моду, которую мы видим.

Это интересно, потому что это первое обнаружение отпечатка гравитона . Чтобы иметь гравитоны, гравитация должна быть квантована. Результат говорит нам о том, что приближенные теоретические модели поля, использовавшиеся для первых случаев после Большого взрыва и предполагающие квантование гравитации, находятся на правильном пути, а это означает, что гравитацию необходимо квантовать.

Это наблюдение исключает модели, которые не имеют гравитационных полей такой высокой интенсивности, которые есть в стандартной космологии Большого Взрыва. Я предполагаю, что теоретики с различными теориями будут изо всех сил стараться соответствовать данным.

В этом сообщении в блоге проф. Лиам Макаллистер.