科普：宇宙微波背景

宇宙微波背景（CMB）是一种微弱的微波辐射，在整个天空中几乎是完全均匀的。这种热辐射是在宇宙第一次对光子透明时发出的。

CMB光谱峰值在2mm左右，黑体光谱接近完美，对应温度为2.73 K。正是宇宙微波背景的均匀性建立了大爆炸的范式：宇宙曾经处于一个炎热、密集的状态，然后膨胀和冷却。尽管宇宙微波背景非常均匀，但在整个过程中，温度会有细微的变化。CMB的温度各向异性为现在标准的宇宙模型LCDM提供了证据——我们的宇宙主要是暗能量和暗物质，只有5%的能量是由正常物质组成的。

CMB不仅是现代宇宙学的观测支柱之一，它还继续为一些最大的未解之谜提供最好的解决方案之一。这是因为答案可能存在于CMB的几个较模糊的方面：CMB的极化，CMB透镜，以及由运动和热Sunyaev-Zel 'dovich效应引起的次级各向异性。

宇宙微波背景的极化和原始引力波

暴胀指的是宇宙在最初的10^-33秒内接近指数级膨胀的时期。它是宇宙学家中领先的早期宇宙范式。暴胀理论通常预测了原始引力波（PGW）的存在。这些PGW在CMB上产生无发散的偏振特征，即B模偏振。这些PGW产生的B模式非常微弱。对它们的寻找推动了许多当前和下一代CMB实验的设计，包括KIPAC科学家积极参与的那些实验。

微波背景的透镜效应和中微子质量的总和

当宇宙微波背景辐射的光子向我们传播时，它们的路径会被中间的引力势所偏转。鉴于CMB的扭曲（透镜）图像，KIPAC的科学家重建了综合引力势，并利用它来推断物质的性质。具体来说，粒子物理学中的一个大问题是中微子质量的总和是多少，它改变了整体引力势。

Sunyaev-Zel 'dovich效应和暗能量

当CMB光子穿过密集的区域，如星系、星系群和星系团时，其中一些光子在热的电离气体中经历电子的逆康普顿散射。这扭曲了CMB的黑体光谱，并提供了一种搜索星系团的方法。KIPAC的科学家利用星系团的数量密度来理解由暗能量驱动的宇宙膨胀的后期加速。

毫米波观测和星系科学：通过CMB望远镜，KIPAC的科学家们还可以将星际介质的毫米波发射与其他波长的观测相结合，以研究银河系的磁场。

在KIPAC研究CMB

KIPAC的研究人员领导并参与了多个CMB实验，使对毫米波天空的观测成为多方面的科学。我们设计和制造探测器，整合望远镜接收器，减少望远镜收集的数据，并通过这些观测来测试我们的宇宙模型。通过这些观测，我们突破了对宇宙理解的界限。主要的工作集中在使用南极的BICEP/Keck阵列的小口径望远镜和大口径南极望远镜来搜索来自暴胀的原始引力波。此外，KIPAC的科学家们正在积极规划即将到来的下一代CMB实验，如西蒙斯天文台、AliCPT、CMB- S4和LiteBird。