图 均匀成核与考虑亚临界真空泡泡预演化的成核过程对比示意图
近日，我校理论物理中心新物理团队肖洋、杨金民、张阳三位老师与山东大学博士后陈广尚合作，在早期宇宙弱一阶相变中的亚临界真空泡泡演化研究方面取得重要进展。相关成果以“Subcritical bubble prehistory in a weak first-order phase transition”为题，于2026年7月22日发表在国际期刊 Physical Review D。
早期宇宙电弱一阶相变是连接希格斯场动力学与引力波、暗物质、原初黑洞等宇宙遗迹的重要物理过程。以往研究通常假设临界真空泡泡在均匀的对称真空背景中成核。然而，在较弱的一阶相变中，热涨落可能在真空泡泡成核温度到来之前而不断产生大量寿命短暂的亚临界真空泡泡，如图1所示。这些亚临界真空泡泡虽然无法继续长大并完成相变，却会在原本均匀的真空背景中形成局域扰动，进而影响临界真空泡泡的成核过程。这一研究前沿长期缺少统一的定量判据，难以确定亚临界真空泡泡效应在哪些参数范围内可以忽略在哪些情况下必须加以考虑。
针对这一问题，研究团队求解了宇宙辐射冷却背景下亚临界真空泡泡生灭的动力学方程，并进行了系统的模型参数扫描。研究梳理了亚临界真空泡泡体积占比与相变强度、两相自由能差、势垒高度和成核温度之间的关系，提出了一套快速判定方法，给出了亚临界真空泡泡达到百分量级体积占比的参考边界，并根据其影响程度将参数空间划分为四类区域。数值结果表明，这一快速判定方法与完整动力学方程的求解结果高度吻合。研究还发现，亚临界真空泡泡形成的非均匀背景可能影响相变产生的宇宙学信号，包括引力波高频段信号、暗物质残留丰度以及原初黑洞的空间分布等。
这项工作明确了均匀真空背景近似在弱一阶宇宙相变中的适用范围，为研究早期宇宙热涨落演化、真空泡泡动力学及相关宇宙学信号提供了新的定量分析方法。
本研究得到国家自然科学基金、河南省自然科学基金和河南师范大学PI专项科研基金的支持。
论文DOI：10.1103/PhysRevD.114.015031
（物理学院 吴嘉宁）