¿Cómo se midió experimentalmente la polarización en los experimentos BICEP2 y por qué se fijaron específicamente en los modos B ? ¿Por qué implica la existencia de ondas gravitacionales y la necesidad de cuantificar la gravedad? Además, ¿por qué implica la inflación como única opción?
Puedo responder parcialmente a sus preguntas.
¿Cómo medimos la polarización?
Midieron los llamados y Parámetros de Stokes. Hay cuatro parámetros de Stokes: , , , y . es la intensidad, de la que ya sabemos mucho (temperatura), entonces y son polarización lineal a lo largo del eje que están inclinados con un ángulo de 45 ° entre sí, y V describen la polarización circular. No hay fenómenos físicos para crear polarización circular en el CMB, es por eso que lo ignoramos y solo consideramos y (tal vez todavía se mide para la calibración o lo que sea, pero está cerca de cero). Wikipedia
¿Por qué nos fijamos específicamente en modos?
El y Los parámetros pueden ser fáciles de medir experimentalmente, pero no son muy útiles desde un punto de vista teórico, ya que dependen del sistema de coordenadas que utilice. Lo que es más interesante es el y Modos de polarización. Dado un y mapa, puede descomponer la polarización en y Modos (sin embargo, puede ser un problema complicado cuando tiene muchos píxeles o algunos bordes).
El Los modos se denominan a menudo la parte "gradiente" de la polarización, mientras que la modo son los "curl". La cosa es que los modos solo se pueden crear con perturbaciones tensoriales (es decir, ondas gravitacionales) y no con perturbaciones escalares (temperatura).
Por último, no pienso observar modos tiene como única implicación que la inflación es la única teoría posible. Siempre puedes encontrar otras teorías sofisticadas que producirían la misma señal. Pero esos son generalmente más complicados y menos convincentes en general. Por eso la gente considera que observar modos es una pista sólida para la inflación.
Aquí está el enlace al papel.
Este es un detector en el polo sur con un telescopio que enfoca la radiación cósmica de fondo (CMB), en un plano focal equipado con detectores sensibles a la energía incidente, la señal va a un sistema de adquisición de datos. Todo el sistema se mantiene a 4 kelvin porque el CMB incidente es de muy muy baja frecuencia: un sistema de radiación de cuerpo negro de temperatura 2,7 kelvin.
Parece que los detectores en el plano focal están emparejados.
Los cambios en la energía incidente en esta isla se detectaron utilizando un sensor de borde de transición (TES). Había una matriz de píxeles de 8x8 en cada mosaico, y cuatro de esos mosaicos se combinaron para formar la unidad de plano focal completa. Por lo tanto, había, en principio, 256 píxeles de doble polarización en el plano focal para un total de 512 detectores,
. . .
El plano focal se enfrió a 270 mK mediante un refrigerador de sorción de tres etapas de ciclo cerrado.
En la sección 4.1
En el siguiente paso, se toma la suma y la diferencia de cada par de detectores, y la suma de pares se utiliza en última instancia para formar mapas de anisotropía de temperatura y la diferencia de pares para medir la polarización. A continuación, cada medio escaneo se somete a un filtrado polinomial de tercer orden.
Esto dice que es la diferencia relativa entre los detectores de temperatura adyacentes lo que dará la información sobre la polarización. Estos detectores de borde de transición utilizan la superconductividad para lograr la sensibilidad a la polarización.
De las preguntas frecuentes del experimento
¿Qué es la polarización en modo B y cómo la genera la inflación?
La medición de la polarización del fondo cósmico de microondas en diferentes puntos del cielo determina una dirección y una intensidad polarizada (la intensidad polarizada del CMB es inferior a 1/1 000 000 de su brillo total). Esto se puede visualizar como un mapa de pequeños segmentos de línea en cada punto del cielo, cuyos patrones analizamos. La polarización en modo B es esencialmente la parte giratoria de ese patrón (conocido matemáticamente como el 'curl'). Para las fluctuaciones de densidad que generan la mayor parte de la polarización del CMB, esta parte del patrón primordial es exactamente cero.
[Esto se debe a que los flujos de densidad en el universo primitivo entran o salen de regiones densas, y la polarización se alinea con estos flujos de una manera que no se arremolina, produciendo solo la llamada polarización en modo E. Para generar un patrón de modo B en el universo primitivo, necesitas ondas gravitacionales.]
La inflación magnifica las fluctuaciones cuánticas, que existen incluso en el vacío. Las fluctuaciones cuánticas en el propio campo de inflación ("inflaton") se convierten en las fluctuaciones de densidad que se observan en el CMB y, en tiempos mucho más posteriores, en las distribuciones de galaxias. Durante la inflación, las fluctuaciones cuánticas de la gravedad ("gravitón") se convierten en ondas gravitatorias de longitud de onda larga que producen el modo B que vemos.
Esto es emocionante porque es la primera detección de una huella del gravitón . Para tener gravitones, la gravedad debe estar cuantizada. Lo que nos dice el resultado es que los modelos teóricos de campo aproximados utilizados para las primeras instancias después del Big Bang, que asumen la cuantificación de la gravedad, están en el camino correcto, lo que significa que la gravedad debe cuantificarse.
Esta observación excluye modelos que no tienen estos campos gravitatorios de alta intensidad que tiene la cosmología estándar del Big Bang. Supongo que los teóricos con diferentes teorías lucharán para ajustar los datos.
En esta publicación de blog, el prof. Liam MacAllister.
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Yair
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