Planck相关的极早期宇宙物理问题研究

The origin of universe has been still a significant issue. In 2013，Planck collaboration introduced their results on CMB, which is highly consistent with inflation theory. However, it also brang the issues on the CMB anomalies. We think that the solution to these issues is relevant with the evolution before inflation, which might be a hint of pre-inflationary physics, thus the study on the relevant issues will help to uncover the profound physics beyond inflation. In this project. combining the Planck new data, we will solve the issues inspired by Planck observation, mainly concentrate on the building of the phenomenological models of very early universe, numerical simulations, and data fitting, and explore the relation between these issues and the particle physics and the string theory.

宇宙的起源一直是国际关注的热点课题。2013年欧洲的Planck组发布了其对宇宙微波背景辐射的观测结果，证实了暴涨理论的预言。不过Planck的观测也带来了宇宙微波背景温度涨落的大角尺度反常等相关问题。我们认为这些问题与暴涨之前的宇宙演化有关，是暴涨之前极早期宇宙物理一个暗示，因此对其深入地研究将有助于揭示超出暴涨模型的新物理。本项目中申请者将紧密围绕Planck最新的观测数据，致力于解决Planck观测到的反常所带来的理论问题，主要集中于极早期宇宙的唯象模型构造、数值模拟和拟合观测数据等，并探讨其与粒子物理、超弦理论等高能物理理论的联系。

暴涨宇宙模型是宇宙极早期演化的标准模型，其理论研究与观测检验一直是国内外宇宙学界的研究焦点。本项目紧密围绕暴涨理论与Planck卫星的最新观测结果开展研究，在宇宙学奇点、宇宙微波背景温度涨落的大尺度反常及其有效场论、原初引力波的研究中取得了重要进展。我们在国际上率先建立了非奇异宇宙学有效场论，解决了一直困扰反弹模型的，即标量扰动在反弹点处的发散问题。获得了国际学术界的广泛关注，俄罗斯科学院院士Rubakov评论我们的工作称：“当前对于宇宙学奇点问题，人们已建立了自洽的有效场论”。加拿大皇家学会会员、McGill大学的Brandenberger教授称：“非奇异宇宙学有效场论是对量子引力低能近似的探索，”我们的研究成果有助于揭示超出暴涨模型的新物理。在此基础上，我们解释了Planck卫星观测到的宇宙微波背景温度涨落在大角尺度的功率压低和在l=20处的dip。与此同时，我们指出原初引力波的速度可能会随着时间衰减，这将使暴涨产生的原初引力波谱强烈偏蓝，因此可以显著地增强地面和空间引力波探测器波段的引力波背景。该结果已被LISA科学工作组引用。