天琴计划的目标是于2035年前后实现我国自主的空间引力波探测，开启毫赫兹频段（约10^(-4)-1 Hz）的引力波探测窗口。该引力波频段预期拥有丰富类型的波源，比如大质量双黑洞并合、极端质量比旋近、恒星级双黑洞旋近、银河系双致密星旋近、潜在的早期宇宙一级相变等。这些波源分布于宇宙的不同历史时期，对于构建完整的宇宙膨胀历史具有重要意义。天琴有望对部分信号实现高精度的探测，这不仅对于精确测量波源参数有重要意义，而且有利于研究强场条件下的引力本质，揭示可能存在的新的基本物质和基本相互作用等。
近10年来，天琴计划科学团队围绕天琴在基础物理与宇宙学领域的科学发现潜力开展了系统研究，天琴计划基础物理与宇宙学白皮书《Fundamental physics and cosmology with TianQin》是对这些工作的一个系统总结和介绍。该白皮书于近日在引力物理领域的顶级综述期刊《Living Reviews in Relativity》正式发表。
白皮书的内容主要包括三个部分。第一部分是天琴在探索引力本质方面的作用，明确了天琴在检验广义相对论的关键预言、寻找可能的超越广义相对论的特征信号、辨别环境效应等方面的预期能力。第二部分是天琴在探索新基本相互作用和新基本物质方面的作用，明确了天琴在探测超越标准模型粒子物理、原初黑洞、早期宇宙相变等方面的预期能力。第三部分是天琴在探测宇宙膨胀历史方面的作用，明确了天琴在检验宇宙学标准模型、检验宇宙学定律、探索暗能量本质等方面的作用，并强调了与其他引力波探测器和其他宇宙学探测手段联合的重要性。
图： 天琴灵敏度曲线及典型引力波信号示例
该白皮书由中山大学物理与天文学院天琴中心牵头，来自（按对应作者姓氏排序）清华大学、重庆大学、韩国群山国立大学、中国科学院理论物理研究所、俄罗斯莫斯科国立大学、昆明学院、美国拜勒大学、杭州师范大学、东北大学、中国科学技术大学的多位学者承担了章节负责人的工作。该项工作得到了广东省基础与应用基础研究重大项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划、中山大学中央高校基本科研业务费专项资金、重庆英才优秀青年项目、重庆市自然科学基金、中国博士后科学基金特别资助项目、广东省基础与应用基础研究基金等项目的支持。
论文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s41114-025-00063-2
撰稿 |梅健伟
图片 | 梅健伟
责任编辑 |陈裕霞
初审 | 乔敏娜
审核 | 薛超
审核发布 | 海珊
