近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員朱弘明與加拿大多倫多大學(xué)教授彭威禮合作，自主開(kāi)發(fā)出新的數(shù)值模擬方法，能夠在初始條件中加入左右不對(duì)稱（宇稱不守恒）的矢量和張量信號(hào)，并發(fā)現(xiàn)這些信號(hào)在宇宙漫長(zhǎng)的演化中留有可探測(cè)痕跡，為利用星系巡天檢驗(yàn)自然界基本對(duì)稱性提供了新途徑。

　　“宇稱”可以簡(jiǎn)單理解為左右對(duì)稱。就像鏡子里的世界那樣，人們認(rèn)為物理規(guī)律在左右互換時(shí)應(yīng)完全相同，也就是說(shuō)，自然界不區(qū)分“左”和“右”。1956年，李政道和楊振寧首次提出弱相互作用中可能存在宇稱不守恒理論預(yù)測(cè)。隨后，吳健雄與合作者通過(guò)鈷-60 β衰變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一想法。這推翻了自然界“左右對(duì)稱”的認(rèn)知。

　　弱相互作用中的宇稱不守恒，僅存在于微觀世界，表現(xiàn)為基本粒子的衰變和反應(yīng)不再左右對(duì)稱。宇宙學(xué)中，普遍認(rèn)為，在宏觀大尺度上，自然規(guī)律在鏡子里看起來(lái)應(yīng)與現(xiàn)實(shí)完全一樣。如果在橫跨億光年的宇宙尺度上也發(fā)現(xiàn)左右不對(duì)稱，意味著宇宙起源可能隱藏著新的物理規(guī)律，并為探索早期宇宙提供重要線索。

　　研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了新方法，試圖回答宇宙是否偏愛(ài)“左”或者“右”這一問(wèn)題。該方法可在早期宇宙中加入左右不對(duì)稱（宇稱不守恒）的痕跡，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬宇宙演化來(lái)追蹤這些信號(hào)。研究發(fā)現(xiàn)，如果這種左右的不對(duì)稱性在宇宙誕生之初便已存在，其微弱印記會(huì)在數(shù)十億年的宇宙演化中保留下來(lái)，并可以在當(dāng)今的大尺度星系分布中被探測(cè)到，這為在宇宙學(xué)尺度上檢驗(yàn)宇稱不守恒提供了解決思路。

　　該研究提出了快速產(chǎn)生攜帶宇稱破缺的宇宙學(xué)數(shù)值模擬初條件的方法，通過(guò)精巧的尺度分解使得快速傅里葉變換能夠適用，提升運(yùn)算速度，并適用于矢量擾動(dòng)和張量擾動(dòng)的普遍情況。同時(shí)，數(shù)值模擬結(jié)果證明，早期宇宙宇稱破缺信號(hào)不會(huì)被晚期宇宙非線性演化抹除，可被精準(zhǔn)提取。

　　上述工作使科學(xué)家能夠模擬這種帶有“左右不對(duì)稱”特征的星系數(shù)據(jù)，提出了在星系分布中精準(zhǔn)提取宇稱破缺信號(hào)的系統(tǒng)化方案，為未來(lái)大型巡天探索宇宙對(duì)稱性開(kāi)辟了新方向。

　　9月10日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目的支持。

早期宇宙中由右手引力波（帶有左右不對(duì)稱性特征）引起的物質(zhì)密度擾動(dòng)

早期宇宙與數(shù)十億年后的信號(hào)對(duì)比。這些信號(hào)中的峰值體現(xiàn)宇宙“左右不對(duì)稱”特征。結(jié)果顯示，即使經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的宇宙演化，這種不對(duì)稱依然清晰可見(jiàn)。