宇宙最古老的光已经不间断地传播了 138.2 亿年——它的旅程始于大爆炸后仅仅 38 万年。这种光,即所谓的宇宙微波背景 (CMB),是天文学家寻求了解婴儿期宇宙的常用狩猎场。不幸的是,它也遮蔽了它之外的东西:宇宙最初的数十万年。现在天文学家认为他们已经窥视了 CMB 之外,捕捉到了自宇宙诞生仅一秒钟以来就一直在传播的中微子的证据。
中微子是基本粒子,不带电荷,质量非常小,几乎立即从大爆炸中逃逸出来。它们难以捉摸的性质使它们能够穿过几乎所有的物理屏障,极少与普通物质相互作用。然而,在极少数情况下,当它们与光子碰撞时,它们会极其轻微地改变粒子的温度。加州大学戴维斯分校的天文学家最近在欧洲航天局普朗克卫星产生的 CMB 地图上注意到了这种温度变化。他们在最近发表在《物理评论快报》杂志上的一篇论文中描述了这种“宇宙中微子背景”。
大爆炸模型在几十年前就预测了宇宙中微子背景,但这种间接观测是迄今为止最可靠的。亚利桑那州立大学宇宙学倡议联合主任劳伦斯·M·克劳斯说,这项发现“为我们打开了一扇了解宇宙的新窗口”,他没有参与这项研究。这项探测也限制了中微子的性质,中微子是迄今为止粒子动物园中最奇怪的野兽。例如,它证明了中微子不能像许多其他粒子那样与自身相互作用。如果它们可以,它们会在 CMB 中留下与观察到的不同的特征。
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进一步探测这些原始中微子可能解释为什么宇宙中物质粒子远多于反物质粒子。* 这种不对称性产生于早期宇宙,专家认为中微子与此有关,即使仅仅是因为它们如此神秘。“因为我们对中微子的了解较少,所以您可以更具创造性地引入各种物理学,”该研究的合著者劳埃德·诺克斯说。尽管这些粒子非常难以直接探测,但诺克斯预计来自宇宙学观测的线索将有助于解决许多中微子谜题——从而提供对宇宙早期状态更具启发性的窥视。
编者注(2016 年 1 月 26 日):印刷版文章中的这句话在网上发布后经过编辑。原文错误地陈述了宇宙的物质-反物质比率。