中国科大在《国家科学评论》上发表精灵暗能量的综述文章
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近日，中国科学技术大学物理学院蔡一夫教授、李明哲教授、任鑫博士后联合中国科学院高能物理研究所张新民研究员和华中科技大学邱涛涛副教授在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表综述文章。论文题为”The Quintom theory of dark energy after DESI DR2”，阐述了暗能量光谱仪(DESI)的最新观测数据对标准宇宙学模型提出的挑战，介绍了由中国科学家率先提出的精灵（Quintom）暗能量模型在解释DESI最新观测数据中的关键作用，并系统梳理了精灵暗能量理论的理论基础、观测支持、模型构建及其宇宙学研究的拓展。
暗能量占据了当前宇宙总能量组分的约70%，它驱动着宇宙当前的加速膨胀，决定了宇宙的演化与未来，其物理本质仍然是现代物理学中最神秘的未解之谜之一。自1998年宇宙加速膨胀现象被发现以来，暗能量就一直是宇宙学研究的前沿焦点。“宇宙学常数”是暗能量的最简单解释，认为暗能量的密度是恒定值。然而，随着观测精度的提升，这个标准模型正面临前所未有的挑战。近期，DESI基于三年的巡天观测，绘制了迄今最完整的宇宙三维地图，其观测结果挑战了传统的宇宙学常数模型，并为暗能量的动态演化提供了新的证据。
结合DESI 第二轮数据（Data Release 2，DR2）与其他宇宙学观测数据如超新星和宇宙微波背景辐射的联合分析显示，暗能量的状态方程参数w会随着时间演化，这种动态演化的统计显著性达到4.2σ，更关键的是，数据表明w具有跨越-1的演化特征，符合我国科学家张新民研究员在2004 年提出的“精灵”理论。且暗能量的状态方程参数呈现从小于-1逐渐变大逐渐增大并演化至大于-1的趋势，在学术上这被称为从幽灵（Phantom）区域演化到精质（Quintessence）区域，这一特征被称为“精灵-B”（Quintom-B）演化，意味着暗能量导致宇宙加速膨胀的能力变弱了。
图：来自DESI BAO、CMB以及Pantheon Plus、Union3和DESY5超新星数据集组合对CPL参数化暗能量模型的约束结果，均支持“精灵-B”的演化特征。
暗能量的“No-Go定理”表示“传统的单标量场模型或完美流体模型，无法实现暗能量状态方程平滑地穿越-1”，如果要在理论上实现暗能量状态方程穿越-1，需要引入更加复杂的机制。这篇综述系统梳理了几种可行的理论路径，包括多场模型，高阶导数标量场模型、修改引力模型和相互作用的暗能量等理论都有可能解释暗能量的动态演化，并实现w穿越-1的行为。精灵动力学行为不仅能够解释当前的加速膨胀，还可能与宇宙早期的非奇异起源（如反弹宇宙或循环宇宙模型）存在深刻联系。
如果DESI的观测结论在未来新一代巡天计划的数据中得到进一步证实，这将意味着人类对宇宙终极命运的认识将发生根本性变革。如果暗能量真的具有动力学演化，它不仅会影响宇宙的膨胀史，还可能留下其他可观测的痕迹，如精灵暗能量场与光子的相互作用会导致宇宙微波背景辐射的偏振发生旋转，可被未来高精度宇宙微波背景辐射实验检验。综述不仅梳理了精灵暗能量20年来的发展，更结合DESI DR2的最新数据，为未来探索暗能量指明了方向，希望随着更多数据的积累和观测技术的进步，人类能够揭示暗能量的真实物理本质，并进一步揭示宇宙的奥秘。
蔡一夫教授为本论文的第一作者兼通讯作者，张新民研究员，李明哲教授，邱涛涛副教授和任鑫博士后为共同通讯作者。本研究得到科技部、国家基金委、中国科学院、教育部的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwag115
（物理学院、中国科学院星系宇宙学重点实验室、科研部）
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