来自CMB B模极化的标准与非标准早期宇宙模型的约束

我们研究了三种早期宇宙模型在宇宙微波背景（CMB）辐射的$B$模极化中的观测特征。除了标准的单场暴胀模型外，我们还考虑了圈量子宇宙学模型（来自圈量子引力）和宇宙弦（预计在膜暴胀后期大量产生）的可获得的约束。我们首先考察了这三种模型的观测特征，然后利用来自BICEP和QUaD实验的当前$B$模极化数据来约束它们的参数。我们还考察了这些模型预测的原初$B$模信号的可探测性，并预测了未来CMB极化实验可实现的参数约束。我们发现：(a) 这三种早期宇宙模型在CMB B模极化功率谱中预测了不同的特征，这些特征有可能通过CMB实验加以区分；(b) 由于$B$模极化测量基本不受参数简并的影响，它们提供了对这些早期宇宙模型最干净的探测手段；(c) 利用BICEP和QUaD数据，我们得到以下参数约束：$r=0.02^{+0.31}_{-0.26}$（单场暴胀模型中张标比的$1\sigma$置信区间）；$m < 1.36\times 10^{-8} \text{M}_{\text{pl}}$ 和 $k_{*} < 2.43 \times 10^{-4} \text{Mpc}^{-1}$（圈量子宇宙学模型中质量和尺度参数的$1\sigma$置信区间）；以及 $G\mu < 5.77 \times 10^{-7}$（宇宙弦张力的$1\sigma$置信区间）；(d) 未来的CMB观测（包括卫星任务和即将进行的亚轨道实验）将为这些早期宇宙模型提供更为严格的检验。