12月13日，中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭、國內(nèi)多家科研單位參與的中美合作項目“阿里原初引力波探測實驗”（簡稱“阿里計劃”）正式啟動——在海拔5250米的高度，一座世界上最先進的、用于探測原初引力波的望遠鏡將于5年內(nèi)建成并開始觀測。阿里計劃首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員張新民介紹：“阿里計劃包括阿里一號、二號的研制與相關(guān)的科學(xué)研究，以及與美方合作，參加南極觀測實驗。通過阿里計劃的實施，將我國原初引力波探測實驗帶入國際前沿?！毕愀鄞髮W(xué)教授蘇萌認(rèn)為：“西藏阿里是地球上迄今為止唯一一個可以實現(xiàn)北天區(qū)原初引力波觀測的地點。未來，它將與南極觀測站、智利觀測站一道，成為三大觀測原初引力波的世界級臺址?！?/p>
原初引力波——隱藏宇宙起源的奧秘
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授蔡一夫說：“原初引力波，顧名思義，就是宇宙原初時期產(chǎn)生的引力波?！笨茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，引力波極其微弱，只有在類似黑洞合并等天體物理起源事件和宇宙形成早期劇烈的量子漲落，才可能產(chǎn)生能夠被探測到的引力波。
原初引力波蘊含著宇宙起源的奧秘——比如宇宙究竟是不是大爆炸產(chǎn)生的？是不是有過急劇膨脹的暴脹時期？蔡一夫說：“探測原初引力波，有利于研究暴脹這樣一個極高能標(biāo)的早期宇宙動力學(xué)過程。同時，原初引力波通常起源于極早期宇宙時空的量子漲落，對其進行研究有助于推進人們對量子引力等基本物理問題的理解?！?/p>
建設(shè)望遠鏡只是探測原初引力波的第一步，之后依然面臨很多困難。蔡一夫說：“我們實驗測量的將是宇宙微波背景輻射，也就是CMB的偏振信號，原初引力波就藏在這里。但這些信號在138億年的漫長歷史當(dāng)中會被各種天體因素所‘污染’，我們的一個重要科學(xué)任務(wù)就是從復(fù)雜的天圖中抽絲剝繭，剔除可疑信號，提煉出原初引力波信號?！?014年，美國哈佛大學(xué)等領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組曾宣布測量到原初引力波，但因為無法排除銀河系的輻射干擾，其結(jié)果沒有被科學(xué)界承認(rèn)。
阿里——北半球探測原初引力波的最佳地點
CMB地面實驗由于對觀測環(huán)境要求苛刻，需要在極端干燥的高海拔地區(qū)開展，迄今為止地面探測裝置集中在美國的南極極點科考站與智利天文臺，而長期以來缺乏北半球相應(yīng)的觀測平臺實現(xiàn)對CMB北天區(qū)的觀測。我國西藏阿里地區(qū)具有北半球已知的最佳觀測條件，同時近年來在國家政策的大力支持下，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)得到極大改善，交通、電力、網(wǎng)絡(luò)通信的迅速發(fā)展為在阿里地區(qū)高海拔臺址開展CMB實驗提供了可能。
張新民說：“智利和南極的觀測站都已經(jīng)建成，對南半球可見天區(qū)進行了觀測，但它們是無法觀測北半球的可見天區(qū)的?！庇捎诘乩憝h(huán)境的限制，我國西藏與格陵蘭島是北半球兩個可能的CMB觀測臺址，但格陵蘭島自然條件嚴(yán)酷，觀測設(shè)施建設(shè)成本高昂，科學(xué)家們將目光對準(zhǔn)了西藏阿里，“阿里計劃建成后，將與南極、智利臺址協(xié)同實現(xiàn)全天覆蓋”。
阿里計劃——完成LIGO等不能勝任的工作
2016年初，美國激光干涉引力波觀測臺（LIGO）宣布，發(fā)現(xiàn)了兩個超大質(zhì)量黑洞合并產(chǎn)生的引力波；我國剛剛建成的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）也能夠探測引力波。那么為什么還要實施阿里計劃？
蘇萌解釋，引力波的不同波段需要不同類型的探測方法才能實現(xiàn)，無法用一種探測方式實現(xiàn)引力波全波段探測?！皬挠钪鎰?chuàng)生時期產(chǎn)生的原初引力波，會在CMB中產(chǎn)生特征性很強的偏振輻射，我們叫它B模式偏振?！睙o論是利用激光干涉儀探測引力波的LIGO，或是用射電波的FAST，都無法“勝任”這一工作。
探測原初引力波只能使用微波望遠鏡，它的外觀和光學(xué)望遠鏡很相似。而阿里計劃將首先在5250米建設(shè)一臺在微波波段極其靈敏的“阿里一號”望遠鏡。
2017年將完成阿里一號的方案設(shè)計，5年內(nèi)建成并產(chǎn)出第一批科學(xué)成果。在科學(xué)家們的規(guī)劃中，阿里一號只是開始。阿里計劃項目經(jīng)理盧方軍研究員介紹：“如果一切順利，我們將在6000米處建設(shè)更加靈敏的望遠鏡陣列，叫阿里二號，希望能夠拓展觀測頻段，提高觀測精度?！?/p>
“阿里計劃是中美合作項目。在阿里地區(qū)開展的CMB觀測將采用中方主導(dǎo)，美方參與的模式?！睆埿旅裾f：“除此之外，我們還將參與美方南極BICEP陣列項目，南北實驗聯(lián)合協(xié)同觀測。”
阿里計劃的開展不僅將提高我國在國際宇宙學(xué)、天文學(xué)、高能物理學(xué)界的地位和聲望，還可以有力推動我國低溫超導(dǎo)探測技術(shù)發(fā)展。張新民說：“通過中美合作，將極大提高我國在超導(dǎo)微波探測器，超低溫制冷系統(tǒng)、探測器焦平面制備與檢測等方面的技術(shù)水平?！?/p>
《光明日報》（ 2016年12月17日 04版）
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