宇宙一级相变产生的规范Q球暗物质及其引力波信号
暗物质的产生机制及其性质一直是粒子宇宙学领域悬而未决的难题。作为暗物质的重要候选者之一，Q球暗物质的形成机制一直是物理学家关心的重要问题。Q球，作为一类非拓扑孤子，最早由李政道先生和Coleman提出。Q球暗物质最早的产生机制是主要基于超对称框架下的Affleck-Dine 机制。然而，由于至今没有发现超对称粒子，寻找其他可能的Q球暗物质产生机制成为了当下亟需解决的重要难题。另外，由于标准模型的对称性均为规范对称性，我们有足够的理由推测组成Q球的粒子携带着局域的U(1)规范对称性，并相应地称其为规范Q球。规范Q球暗物质的产生依赖于两个核心条件：一是守恒的原初粒子-反粒子不对称性；二是将守恒荷聚集的外部机制。前者可能来自于宇宙早期的非热过程，而后者可以很自然地通过宇宙一级相变过程中泡泡压缩伪真空实现。更重要的是，一级相变过程伴随的相变引力波信号也打开了探测这类孤子型暗物质的新窗口。
中心黄发朋副教授团队在标准模型的最小扩充模型中（引入一个复标量粒子），同时实现了强一级相变和规范Q球的产生。通过对规范Q球的四类稳定性——量子稳定性、应力稳定性、裂解稳定性和经典稳定性的深入讨论，团队给出了规范Q球的稳定条件及其所携带守恒荷的上下限，结合薄壁近似和映射方法，对规范Q球给出了解析的讨论与数值结果比较，并给出了宇宙一级相变形成的稳定规范Q球暗物质的遗迹丰度以及其天文学和宇宙学限制。最后，还讨论了一级相变过程中产生的相变引力波信号以及在天琴/LISA等空间引力波实验上的探测能力。该研究为宇宙一级相变过程的暗物质产生新机制提供了新的理论研究思路和探测方法。
上述成果发表于中科院大类一区《Journal of High Energy Physics》(Siyu Jiang, Fapeng Huang, Pyungwon Ko, “Gauged Q-ball dark matter through a cosmological first-order phase transition”)，天琴中心黄发朋副教授为通讯作者，博士生姜思宇为第一作者，韩国高等研究院（KIAS）Pyungwon Ko教授为第三作者。本工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金和韩国KIAS个人基金的支持。
