研究提出宇宙學尺度宇稱不守恒研究新方法

　　近日，中國科學院國家天文臺研究員朱弘明與加拿大多倫多大學教授彭威禮合作，自主開發出新的數值模擬方法，能夠在初始條件中加入左右不對稱（宇稱不守恒）的矢量和張量信號，并發現這些信號在宇宙漫長的演化中留有可探測痕跡，為利用星系巡天檢驗自然界基本對稱性提供了新途徑。

　　“宇稱”可以簡單理解為左右對稱。就像鏡子里的世界那樣，人們認為物理規律在左右互換時應完全相同，也就是說，自然界不區分“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測。隨后，吳健雄與合作者通過鈷-60 β衰變實驗驗證了這一想法。這推翻了自然界“左右對稱”的認知。

　　弱相互作用中的宇稱不守恒，僅存在于微觀世界，表現為基本粒子的衰變和反應不再左右對稱。宇宙學中，普遍認為，在宏觀大尺度上，自然規律在鏡子里看起來應與現實完全一樣。如果在橫跨億光年的宇宙尺度上也發現左右不對稱，意味著宇宙起源可能隱藏著新的物理規律，并為探索早期宇宙提供重要線索。

　　研究團隊開發了新方法，試圖回答宇宙是否偏愛“左”或者“右”這一問題。該方法可在早期宇宙中加入左右不對稱（宇稱不守恒）的痕跡，并通過計算機模擬宇宙演化來追蹤這些信號。研究發現，如果這種左右的不對稱性在宇宙誕生之初便已存在，其微弱印記會在數十億年的宇宙演化中保留下來，并可以在當今的大尺度星系分布中被探測到，這為在宇宙學尺度上檢驗宇稱不守恒提供了解決思路。

　　該研究提出了快速產生攜帶宇稱破缺的宇宙學數值模擬初條件的方法，通過精巧的尺度分解使得快速傅里葉變換能夠適用，提升運算速度，并適用于矢量擾動和張量擾動的普遍情況。同時，數值模擬結果證明，早期宇宙宇稱破缺信號不會被晚期宇宙非線性演化抹除，可被精準提取。

　　上述工作使科學家能夠模擬這種帶有“左右不對稱”特征的星系數據，提出了在星系分布中精準提取宇稱破缺信號的系統化方案，為未來大型巡天探索宇宙對稱性開辟了新方向。

　　9月10日，相關研究成果發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家重點研發計劃和中國科學院相關項目的支持。