1.“宇宙的初啼”？
宇宙的起源是大爆炸还是大反弹？宇宙物质结构的原初种子来自哪里？现代宇宙学理论认为，宇宙在大爆炸创生之后约10-36秒发生“暴胀”，其间宇宙以指数形式急剧膨胀。这一过程设定了其后的热膨胀宇宙的初始条件，暴胀时期的微观量子涨落生成了后来形成宇宙物质结构的种子，即原初密度扰动。
与此同时，来自古早宇宙时空的量子涨落产生了原初引力波，如同创世纪大爆炸的“余响”，传播在宇宙之中，被形象地被称为“宇宙的初啼”。不同于LIGO探测到的黑洞或中子星并合产生的引力波，原初引力波像留声机一样忠实地记录了宇宙自起源时期以来所发生的一切，携带着丰富的宇宙学信息。
宇宙大爆炸（图片来源于NASA）
宇宙中最古老的“化石”：宇宙微波背景辐射（简称CMB），为搜寻原初引力波提供最佳途径。CMB光子作为宇宙大爆炸的余晖，其温度涨落和E模式偏振的精确测量已经成为了宇宙物质成分、宇宙几何、膨胀速率、原初密度扰动等重要宇宙学信息的解码器。CMB的B模式偏振自产生伊始就记录下了原初引力波的“活动身影”，是搜寻原初引力波的重要线索。探测原初引力波，被公认为是宇宙学、高能物理和天文学领域下一个产生重大突破的方向，对重建暗物质大尺度空间分布、研究宇宙结构的形成与演化、检验基础物理包括CPT对称性具有重要意义。
CMB极化模拟天图（图片来源于阿里原初引力波探测实验国际合作组）
2.如何探测原初引力波？
CMB的空间分布具有类电场的E模式偏振和类磁场的B模式偏振两种偏振模式，其中B模式偏振非常特殊，只有原初引力波才能形成，因此，探测原初引力波，就是要探测CMB的B模式偏振。理解了原初引力波，才能理解宇宙暴胀机制，科学意义重大。
CMB光子从宇宙年龄大约38万年的最后散射面传播到今天，呈现出温度为2.73K的低温黑体辐射特征，辐射集中在毫米波波段。受大气吸收的影响，地面上只能在少数几个频段开展CMB实验，分别是95/150GHz的中频段，40GHz的低频段，220/270GHz的高频段。其中在中频段，度量级空间尺度上信噪比相对较高，是开展原初引力波探测的首选频段，低频段望远镜用于银河系的同步辐射前景观测研究，高频望远镜用于银河系热尘埃辐射前景观测研究。
目前地面CMB望远镜凭借探测器数量优势和探测精度，是现在和未来一段时期国际上原初引力波探测的主流实验手段。
CMB偏振信号强度与观测频率的关系
（图片来源于阿里原初引力波探测实验国际合作组）
3.阿里原初引力波探测实验
阿里原初引力波探测实验（Ali CMB Polarization Telescope，简称AliCPT）是我国首个地面原初引力波探测实验项目。项目在西藏阿里地区建设我国第一个高海拔原初引力波观测站，成为北半球首台高海拔、多频段、高灵敏度CMB偏振望远镜，实现我国在CMB观测和原初引力波探测领域零的突破。项目得到了科技部、基金委和中国科学院的经费支持。
科学目标
- 首次探测北半球可见天区的原初引力波信号，检验极早期宇宙暴胀理论、CPT对称性等；
- 首次精确测量北半球可见天区的银河系极化辐射，了解银河系近邻区域磁场及尘埃分布。
预期成果
- 在西藏阿里地区建成北半球唯一的高海拔高灵敏原初引力波望远镜；
- 对北半球最干净的40%左右天区进行深度扫描观测，首次实现北天区最灵敏的宇宙微波背景辐射观测，张标比探测灵敏度达到0.01量级；对EE功率谱、宇宙双折射等进行精确测量，实现对标准宇宙学参数的最强限制；
- 带动我国在深低温微波探测等领域核心技术的提升和突破，全面提升我国粒子宇宙学研究整体水平。
3.1 阿里原初引力波观测站
阿里原初引力波观测站位于西藏阿里地区，海拔5250米，是世界上海拔最高、北半球唯一的地面原初引力波观测站。凭借得天独厚的地理环境优势、水汽条件，观测站建成后将与南半球的智利、南极极点一起，成为国际地面CMB偏振、原初引力波探测、毫米波巡天的三大基地。
观测站于2017年3月破土动工，项目团队克服高原恶劣环境带来的极大困难，经过艰苦卓绝的建设，已部署防风、供氧、供暖等基础设施，已具备开展望远镜的安装、调试、观测等实验操作的基础支撑条件。
通过气象卫星数据、探空气球数据、傅里叶光谱仪数据、RPG水汽仪数据进行综合分析，阿里原初引力波观测站台址十月至次年三月，可沉降水汽PWV中值约1mm，最优可达约0.5mm，95/150GHz大气透过率达98%，观测站水汽条件与南半球的智利、南极台址相当，是国际上一流的CMB观测台址。
阿里原初引力波观测站（图片来源于阿里原初引力波探测实验国际合作组）
3.2 阿里原初引力波望远镜
AliCPT望远镜性能国际一流，是同类型望远镜中有效口径最大、通光量最大、可容纳探测器数量最多的原初引力波望远镜。
AliCPT望远镜具有高扫描速度、高指向精度的特点。可实现2吨负载下超过360度的连续往复扫描，最大转速达到5度/秒，修正后指向精度高于10角秒。在高原地区可实现全方位无人值守。
阿里原初引力波望远镜
（图片来源于阿里原初引力波探测实验国际合作组）
单体镜筒探测器数量最多，有效口径最大、通光量最大
AliCPT在国际同类实验中单体镜筒探测器数量最多：焦平面能容纳19个6英寸的探测器模块，探测器总数大于3万个。低温复用读出电子学复用比896:1，达到国际领先水平。
镜筒采用双折射透镜系统，其氧化铝陶瓷透镜有效通光口径720毫米，是目前原初引力波领域口径最大的单体透镜，通光性能强大。
单个探测器模块及其中的TES探测器阵列
低温微波光路系统示意图以及大口径氧化铝陶瓷透镜安装图
阿里原初引力波望远镜整体外观
（图片来源于阿里原初引力波探测实验国际合作组）
4.国际合作
阿里原初引力波探测实验项目由中国科学院高能物理研究所牵头，中国、美国、欧洲等17家科研单位、约100多位科学家广泛参与组成了国际合作组。
