宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background，简称CMB）作为宇宙大爆炸后约38万年的残余辐射，为研究宇宙的起源和演化提供了宝贵的信息。CMB不仅是一种温度各向异性的表现，还包含了极化信息，尤其是E模极化，这对理解宇宙的大尺度结构和基本物理过程具备重要意义。本文聚焦于通过“Cosmology Large Angular Scale Surveyor”（简称CLASS）对最大尺度CMB E模极化的测量，深入探究其科学价值与技术实现。 CMB的极化现象源于早期宇宙中散射作用所引起的光子偏振，尤其是由声波在宇宙等离子体中的振荡产生的E模极化提供了关键线索。E模极化图案反映了密度扰动引发的声波特征，能够帮助科学家验证宇宙学标准模型中的理论预言，提高对宇宙参数的测定精度。此外，大尺度E模极化还与再电离历史密切相关，揭示宇宙“暗时代”结束和第一代星系形成的重要信息。
传统上，测量CMB的极化信号面临多重挑战，尤其是在最大角尺度（即天空上的广泛区域）上，信号非常微弱且易受前景污染和仪器系统误差影响。CLASS项目由一支国际团队负责，专注于低频段（约40至220 GHz）的观测，覆盖了极为重要的最大角尺度极化信号。通过高灵敏度探测器和精密校准技术，CLASS能够有效分辨宇宙早期遗留的原始极化信号与银河系尘埃、同步辐射等前景噪声。 CLASS望远镜安装于智利的阿塔卡马高原，这里空气稀薄且大气干扰小，为高精度微波观测提供了理想环境。CLASS采用一系列独特的设计特征，包括快速旋转的波片以减少仪器极化伪差、多频段观测以帮助分离前景信号以及复杂的数据处理算法来优化信噪比。其目标是在超过70%的天空范围内精确测量最大角尺度上的E模极化图谱。
通过CLASS的观测数据，科学家们不仅能够更准确地探测宇宙早期的临界时期，还能改进对光子-物质相互作用的理解。精确的E模极化测量促进了对宇宙学参数如暗能量密度、暗物质性质和宇宙再电离历史的约束能力。同时，这些数据支撑对通量非均匀化以及宇宙大尺度结构形成机制的研究。 CLASS项目的成功也标志着技术创新对宇宙学研究的重要推动。除了硬件上的突破，数据分析方面的深度学习和统计方法的发展，使得对大量复杂数据的处理更加高效且精确。这种跨界融合极大地促进了观测物理学与理论宇宙学的协同进步。
展望未来，基于CLASS的测量结果，新一代观测计划将更进一步探测暗能量性质，发现原始引力波的微弱信号，并精细刻画CMB的B模极化。同时，结合其他天文观测如星系测量和弱引力透镜，将推动宇宙学的整体理解迈上新台阶。 CLASS对最大尺度CMB E模极化的测量，不仅是对宇宙起源的深刻解读，更为基础物理学和天体学交叉研究提供了坚实的数据支撑。通过持续改进仪器性能和观测策略，相信未来的CMB研究将揭示更多宇宙奥秘，推动人类探索宇宙的步伐不断前行。
