宇宙学 CPT 破坏与 CMB 偏振测量

本文研究了利用宇宙微波背景 (CMB) 实验检验电荷 - 宇称 - 时间反演 (CPT) 对称性的可能性。我们考虑了两种类型的 Chern-Simons (CS) 项：电磁 CS 项和引力 CS 项，并详细研究了它们对 CMB 偏振功率谱的影响。结合当前的 CMB 偏振测量数据（七年期 WMAP、BOOMERanG 2003 和 BICEP 观测），我们获得了旋转角的严格限制$\Delta\alpha=-2.28\pm1.02$度 ($1\,\sigma$)，表明存在$2.2\,\sigma$显著性的 CPT 破坏探测。在此，我们特别考虑了 CMB 测量的系统误差。加入 QUaD 偏振数据后，95% 置信水平下的限制变为$-1.34<\Delta\alpha<0.82$度。与电磁 CS 项的效应相比，引力 CS 项只能产生振幅小得多的 TB 和 EB 功率谱。因此，无法从当前的偏振数据中限制诱导参数$\epsilon$。此外，我们研究了未来 CMB 测量（Planck 和 CMBPol）对$\Delta\alpha$和$\epsilon$的限制能力。我们发现$\Delta\alpha$的限制可显著改善 15 倍。因此，如果不能适当考虑此旋转角效应，宇宙学参数的限制将出现明显偏差。对于引力 CS 项，如果原初张量扰动较小 ($r <0.1$)，未来的 Planck 数据仍无法很好地限制$\epsilon$。我们需要更精确的 CMBPol 实验来给出对$\epsilon$的更好限制。