南极的SPT和BICEP望远镜

3月17日，美国哈佛大学天体物理研究中心的天文学家们宣布探测到与原初引力波相关的宇宙微波背景辐射B模式偏振信号。如果得到证实，这将是人类宇宙认识历史上的一个重要里程碑。

南极的BICEP实验

2014年3月17日，在工作了大半个上午之后，我到国家天文台五楼的休息室喝咖啡。像往常这个时间一样，休息室内三五成群地站满了研究人员、学生和来访者们，交换着各种学术八卦。一位同事问我："你听说了吗？BICEP今天要在CfA （哈佛的天体物理中心）开新闻发布会，你知道他们要发布什么吗？"——我还没有听说，而这个消息实在让人吃惊。

我知道BICEP实验——这个英文单词是肱二头肌的意思，不过这个在阿蒙森-斯科特南极站进行的实验和举重健身并没有什么关系，它的名称是"Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization"（宇宙河外偏振背景成像）的缩写。用过微波炉的人都知道，水分很容易吸收微波，因此进行微波观测通常都选择海拔高、大气干燥的地方。南极正是如此，因此非常适合进行微波观测，美国在那里有一个大基地，好几个微波背景辐射实验都在那里进行。

几年前，一位在美国加州理工学院做博士后的台湾留学生郭兆林博士曾来我们研究组访问，专门介绍过他参与的这个实验。他对实验的介绍给我颇深的印象——那个实验并不大，只用一台小微波望远镜，但实验中很多不起眼的地方却都有精心考虑的设计，以尽可能减少各种不易想到的细微误差。这种精密设计是非常有必要的，因为他们要探测的是一种非常微弱而又极其重要的信号——宇宙微波背景辐射的B-模偏振（简称B-模），这个目标几乎可以说是现代宇宙学实验中的珠穆朗玛峰。我已有几年没再见到兆林，但显然他的工作非常出色，已成了斯坦福大学的助理教授，并且是BICEP的一位重要成员。此外，以前曾作为北大本科生来我们组实习的苏萌，在哈佛大学当研究生时也曾参与过BICEP1的实验数据分析工作（他现在MIT）。

不过，正如攀登珠峰一样，探测B-模这样的难题可能是个相当漫长的过程，很多人都觉得，当前的实验也许只是探探路。实际上，相对于BICEP，普朗克（Planck）实验更被许多人看好——毕竟那是欧空局十几个国家花了15年时间研发后才于2009年发射升空的卫星探测器，在不受地球大气干扰的情况下系统、精密地观测全天的宇宙微波背景。尽管普朗克卫星去年公布了他们的宇宙微波背景温度测量结果，但预计要等到今年夏天他们才会发布偏振测量结果。不过，根据这些温度测量数据以及此前的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）卫星的一些偏振观测数据，再加上一些理论假设，许多人推测偏振B-模信号可能相当小，远不是BICEP这个级别的实验所能探测的。实际上，去年在美国召开的一次会议上很多人讨论了下一代的大型实验——发射一个卫星去探测这一信号，显然那要再过很多年了。