量子场论方法计算轴子湮灭产生的引力波

近年来超轻轴子成为最为热门的暗物质候选者。轴子可以自然地解决粒子物理中的强CP问题，也是弦理论的普遍预言。特别的，通过彭罗斯过程或者超辐射过程在克尔黑洞周围可以产生大量的轴子，并发生玻色-爱因斯坦凝聚，形成轴子云。轴子云中的轴子被黑洞束缚形成一个大的引力原子，它们可以通过跃迁或者湮灭过程产生单频的引力波，这些引力波信号有可能作为一种新的引力波波源并被天琴探测到。

       中心黄发朋副教授团队在对克尔黑洞附近轴子的湮灭过程中，首次提出了利用量子场论的方法来计算其辐射的引力波功率。该方法将克尔黑洞和湮灭的轴子当作一个束缚态，则该束缚态的衰变过程会产生引力子，通过计算衰变宽度从而得到轴子湮灭过程产生的引力波功率。通过该方法分别得到了引力波功率的数值和解析近似结果，同时还得到了传统方法难以给出的解析近似公式以及任意黑洞自旋下的结果。该研究为以后相关引力波信号的计算提供了一种新的方法，其解析近似公式将大大简化后续相关研究的计算过程。

上述成果发表于《Physical Review D》(Jing Yang, Fa Peng Huang, “Gravitational waves from axions annihilation through quantum field theory”)，天琴中心黄发朋副教授为通讯作者，博士生杨靖为第一作者。本工作得到了国家自然科学基金与广东省基础与应用基础研究重大项目的支持。

       论文链接：https://journals.aps.org/prd/pdf/10.1103/PhysRevD.108.103002