由阿尔贡国家实验室的克里斯蒂娜·努内斯拍摄
南极望远镜测量宇宙中最早的光发出的信号(宇宙微波背景)
南极洲寒冷干燥的空气保护信号不受大气干扰
信用:林赛·布里姆
阿尔贡科学家林赛·布里姆和克拉伦斯·张谈论了从南极望远镜寻找早期宇宙信号的感受
数十亿年前发出的光有助于解开宇宙演化的持久谜团
南极望远镜旨在探测这种被称为宇宙微波背景的光
南极望远镜由20多所大学和国家实验室合作，于2007年开始运行
它使用在阿尔贡开发和制造的探测器
这里，两位来自美国的物理学家
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能源部阿贡国家实验室谈论了他们在南极望远镜方面的工作以及为什么它很重要
林赛·布里姆在望远镜上收集和分析数据，克拉伦斯·张为望远镜开发超导探测器
超导材料的特殊性质使其不仅在望远镜，而且在磁共振成像(MRI)机器和粒子加速器中的应用具有吸引力和独特性
也可以看看阿贡之声的音频故事，了解更多关于他们的研究，并听到关于南极的惊人事实
问:什么是宇宙微波背景，它告诉我们关于宇宙的什么？ 常:宇宙微波背景是宇宙大约38万年前产生的信号
它对应的时期是宇宙从质子和电子四处飞行的超高温等离子体转变为当宇宙冷却足够远后，质子和电子可以形成原子
今天，该信号出现在微波范围(几毫米)的较长波长上
因此，通过研究和观察这些波长的宇宙，我们可以观察早期的宇宙——本质上，捕捉婴儿的照片
自20世纪60年代首次发现以来，我们就知道CMB的均匀性令人难以置信
温度的偏差，也就是克拉伦斯所说的早期等离子体密度的变化，只有十万分之一
我们知道，这些微小的波动必须在整个宇宙时代不断增长
除了给我们这张漂亮的照片，有效地，婴儿宇宙，当时发出的光已经传播了整个宇宙的年龄，140亿年
它与这些早期形成的所有结构相互作用
因此，我们可以研究这些结构在CMB中留下的非常细微的印记，从而梳理出从它被发射到今天的过程和物理现象
问:你是怎么做到的？ 我们通过一些重要的、不同的科学分析来做到这一点
一种叫做引力透镜
这就是沿着视线的天文质量实际上可以偏转光路的地方
第二个是物理学，当光子——来自宇宙微波背景的光——能够散射这些中间结构中的物质时，就会发生物理学
我们可以追踪这种散射过程，然后沿着视线绘制出结构，这可以帮助我们探测像暗能量这样的东西，暗能量严重影响了星系团等真正大质量结构的形成能力
问:为什么望远镜需要在南极？ 布里姆:南极本身，正如你可能从照片中想象到的，相当冷
非常干燥
这是世界上最大的沙漠
这使得它成为我们在南极望远镜进行天文学研究的绝佳场所
我们的望远镜以毫米波长进行观察
大气中的水会减弱我们感兴趣的毫米波长，水分子的晃动会给数据增加巨大的噪声源
所以我们必须去这些偏远干燥的地方做这些观察
事实证明，南极是地球上最适合做这件事的地方，其次是智利的阿塔卡马沙漠
问:在那种环境下工作是什么感觉？ 张:我们在南极，因为那里很干燥
这种干燥对我们的观察非常重要
但是作为人类，我们喜欢空气中有一点点的湿度
这是一件有点挑战性的事情，也可能会干扰事情的日常发展
是的
这不是最人性化的
你的皮肤会裂开
南极的伤口愈合不太好
电脑在那种干燥的环境中并不好
事实上，我们有一个加湿器，它可以吹到我们的一台电脑上，让电脑运行得更开心一点
问:你在阿尔贡的工作是如何与望远镜连接的？ 张:在阿贡，我们为探测器开发了超导技术
这些探测器必须测量波长相当长的光子——通常是1毫米、2毫米、3毫米
典型的相机技术，比如我们手机中使用的技术，即使被推向了极致，仍然不能很好地看到这些光子
事实上，它根本看不到它们
所以我们必须制造一种新技术来做到这一点
就其核心而言，这意味着理解和控制超导材料，然后对它们进行加工，制造出真正灵敏的探测器，并制造出大量的探测器
在阿尔贡，有一个研究基础材料并将其应用于不同技术的强大项目
布里姆:我们还将我们的探测器开发与美国能源部科学办公室用户设施阿贡领导计算设施中使用最先进的超级计算机进行的所有工作紧密结合在一起
因此，我们能够做出重要的理论预测，使我们能够将南极望远镜的观测结果与来自不同宇宙模型的关于我们应该看到什么的预测联系起来
所以在阿尔贡有一个非常强大的相互联系，不仅仅是宇宙学家和材料制造设备以及那里的科学家之间，还有我们伟大的计算专家之间
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