宇宙雙折射是一種奇特的現(xiàn)象，它指的是宇宙微波背景（CMB）的線偏振光在從早期宇宙發(fā)出到今天被我們觀測到的過程中，其偏振平面發(fā)生了微小的旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)違反了宇宙的宇稱對稱性，也就是說，如果我們用一面鏡子反射宇宙，那么反射后的宇宙和原來的宇宙是不一樣的。

那么，為什么會出現(xiàn)這種旋轉(zhuǎn)呢？有一種可能的解釋是存在一種軸子類粒子（ALPs），它們是一種假想的超輕的標量場，可以和電磁場耦合，從而導(dǎo)致光的偏振平面在穿過宇宙時發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)的角度和ALPs的質(zhì)量和耦合強度有關(guān)，因此，如果我們能夠測量出這個角度，就可以對ALPs的性質(zhì)有所了解。

要測量宇宙雙折射，我們需要利用CMB的偏振信息。CMB的偏振可以分解為兩種模式：E模式和B模式。E模式是偶宇稱的，也就是說，它在鏡像反射后不變；B模式是奇宇稱的，它在鏡像反射后會變號。如果宇宙是宇稱對稱的，那么CMB的偏振只有E模式，沒有B模式。但是，如果存在宇宙雙折射，那么CMB的偏振就會有一部分E模式轉(zhuǎn)化為B模式，或者反過來。因此，我們可以通過測量CMB的EB互相關(guān)功率譜，也就是E模式和B模式之間的相關(guān)性，來探測宇宙雙折射的信號。

在我們測量CMB的偏振時，還有一個重要的因素要考慮，那就是引力透鏡的效應(yīng)。引力透鏡是指沿途的大質(zhì)量天體對CMB的光線產(chǎn)生的偏折，這會導(dǎo)致CMB的溫度和偏振的畸變。引力透鏡對CMB的偏振的主要效果是把E模式轉(zhuǎn)化為B模式，從而產(chǎn)生一個偶宇稱的B模式信號。這個信號可以用來探測宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)和暗能量的性質(zhì)，但是也會和宇宙雙折射產(chǎn)生的奇宇稱的B模式信號混淆。

為了區(qū)分這兩種B模式信號，我們需要考慮它們的不同特征。引力透鏡產(chǎn)生的B模式信號是隨機的，也就是說，它在不同的天區(qū)之間沒有相關(guān)性；而宇宙雙折射產(chǎn)生的B模式信號是確定的，也就是說，它在不同的天區(qū)之間有相同的相位。因此，如果我們能夠測量CMB的偏振在不同的天區(qū)之間的相關(guān)性，就可以分離出這兩種B模式信號。這就是最近發(fā)表的一篇論文所做的事情。

他們計算了引力透鏡對宇宙雙折射產(chǎn)生的EB互相關(guān)功率譜的影響，發(fā)現(xiàn)這個影響是非常重要的，尤其是在高分辨率的CMB實驗中，比如Simons Observatory和CMB-S4。他們發(fā)現(xiàn)，如果忽略了引力透鏡的影響，那么觀測到的EB互相關(guān)功率譜就不能很好地用理論預(yù)測來擬合，這會導(dǎo)致統(tǒng)計上拒絕真實的理論。他們也發(fā)現(xiàn)，如果忽略了引力透鏡的影響，那么估計出的ALPs的參數(shù)就會有偏差。因此，引力透鏡對EB互相關(guān)功率譜的修正必須包含在未來的高分辨率的CMB實驗中。