新氦测量正在检验宇宙最初五分钟

宇宙早期五分钟的氦测量研究

——揭开宇宙诞生初期的神秘面纱

图片来源：NASA

氦是一种轻质化学元素，其丰度蕴含着宇宙诞生最初五分钟时状态的重要线索。为了破译这一记录，一个国际研究团队选取了15个小型且偏远的星系，这些星系的化学成分历经漫长演化仍基本保持未变，因而保留了接近早期宇宙的原始化学组成。

通过研究这些星系，包括明尼苏达大学双城分校的科学家在内的研究人员，以前所未有的精确度估算了在最初几分钟内形成的氦的量。

原始星系提高了氦元素丰度的测量精度

选择特定星系使研究团队得以摆脱以往间接估算原始氦丰度的方法。传统上，研究人员通过观测大量星系，再将数据趋势外推至一个理论初始值，这种方法称为外推法。而聚焦于一批迄今所发现化学演化程度最低的星系，则为团队提供了更为清晰的早期宇宙成分图景。

quitecomplexandspecifictothefieldofastronomy。ItinvolvestheuseofadvancedtelescopesandSpectrographstostudythelightfromgalaxiesandmeasuretheamountsofheliumandhydrogenintheiratmospheres。

MODS光谱仪从构想到首次对天观测共耗时12年，俄亥俄州立大学文理学院天文学杰出教授理查德波格表示，这正是我们设计它们要完成的任务，如今看到它们成功实现，令人无比欣慰。

研究人员同时分析了十余条氦谱线和十余条氢谱线。将这些谱线联合分析，有助于校正微小的系统性效应——即可能持续导致测量值偏离真实值的影响因素。此前的研究曾将此类效应视为可忽略不计；但在测量精度达到1％以内时，这些效应已不可忽视。

我们在提案中承诺将不确定性控制在千分之五以内，最终成功实现了这一目标。明尼苏达大学理工学院、物理与天文学学院杰出教授埃文斯金曼表示，在充满不确定性的科学研究领域中，这样的情况并不常见。

通过氦气检验大爆炸理论

更精确的氦元素测量进一步支持了大爆炸理论的三大主要证据之一，该理论描述了宇宙约138亿年前从一个极端高温、高密度的状态开始膨胀的过程。轻元素的丰度，包括氦和氘（氢的一种同位素），为宇宙演化历史提供了重要验证。相较于宇宙膨胀和宇宙微波背景辐射这两大支柱，氦元素的研究相对较少。

该测量还为物理学家提供了一种检验标准模型的方法，标准模型是描述基本粒子及其相互作用的理论框架。

这是一项规模宏大的物理学实验，也是我整个科研生涯中最重要的发现之一。斯金曼表示，这是一个基础性数值，它精确反映了宇宙诞生最初五分钟内的物理条件，其诊断价值直接关联到物理学标准模型。

利用氦的丰度，研究团队可以计算出早期宇宙中存在的中微子家族数量，这些是极轻的亚原子粒子。这将当今对星系的观测与宇宙诞生仅数分钟时所存在的粒子种类问题联系了起来。

《天体物理学杂志》，第865卷，第2期

相关知识（天文术语）

新氦并非真实存在的化学元素或科学概念，目前元素周期表中已确认的氦元素符号为He、原子序数2。所谓新氦可能是误传、虚构名称，或对氦同位素（如氦3、氦4）的非规范称呼，也见于某些科幻作品或商业宣传中。科学界并无权威定义或实验证实的新氦物质。如涉及具体产品或技术名词，建议查阅正规科技资料以核实其准确含义。

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://scitechdaily.com/a-new-helium-measurement-is-testing-the-universes-first-five-minutes/

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