Planck 中间结果 XXIV：基本常数变化的限制

基本物理常数的任何变化，特别是精细结构常数 $\alpha$ 或电子质量 $m_e$ 的变化，都会影响宇宙的复合历史，并在宇宙微波背景角功率谱上留下印记。我们表明，与 WMAP 数据相比，Planck 数据能够将红移 $z\sim 10^3$ 处精细结构常数随时间变化的限制提高约 5 倍，并打破其与哈勃常数 $H_0$ 的简并。除了 $\alpha$ 之外，我们还可以对电子质量 $m_{\rm e}$ 的变化以及这两个常数的同时变化设定限制。我们详细考察了基本常数与宇宙学参数之间的简并性，以便比较从 Planck 和 WMAP 获得的限制，并确定包含其他宇宙学探针所获得的约束能力。我们得出结论，Planck 将精细结构常数和电子质量的独立时间变化限制在 68% 置信水平下的 ${\Delta\alpha}/{\alpha}= (3.6\pm 3.7)\times10^{-3}$ 和 ${\Delta m_{\rm e}}/{m_{\rm e}}= (4 \pm 11)\times10^{-3}$。我们还研究了精细结构常数空间变化的可能性。$\alpha$ 的偶极空间变化（对应于跨越我们哈勃体积的梯度）的相对振幅被限制为 $\delta\alpha/\alpha=(-2.4\pm 3.7)\times 10^{-2}$。