最近，重庆大学边立功副研究员课题组（本科生邸越峰同学、汪嘉龙同学和周瑞雨博士），中国科学院理论物理研究所蔡荣根研究员和国科大杭州高等研究院刘京博士，首次运用格点模拟的方法研究了电弱一阶相变的动力学以及相伴产生的磁场和引力波的特征。真空泡泡的运动如图 1 所示，希格斯场的能量逐渐转移到规范场中并产生原初磁场；泡泡的碰撞产生了强能量密度扰动，并有效地产生引力波。预言的磁场和引力波能量谱如图 2,3 所示。
图1：真空泡泡的产生、膨胀与碰撞。
该工作发现磁场和引力波都可以由相变过程中真空泡壁的碰撞产生，磁场在碰撞后希格斯场的振荡阶段得到放大，导致磁场的峰值频率略高于引力波的峰值频率。相变过程中产生的磁场峰值强度在关联尺度0.0000001秒差距处达到100纳高斯,经过后期磁流体的演化可以提供星系间磁场演化的种子。磁场和引力波能谱均有分段幂律的特征，其中引力波能谱的谱指标在红外和紫外波段与包络近似给出的解析结果相吻合。该工作比较了不同真空泡形成率下的情形，发现更小的真空泡形成率对应产生磁场和引力波的峰值频率更大。
图2：上：电弱一阶相变产生的磁场能谱；下：磁场后期演化预言的现在的磁场强度和关联尺度。
图3：上：相变预言的引力波能量谱；下：预言的引力波有机会被多种探测器观测到。
该研究成果近日发表在Phys. Rev. Lett. 126 (2021) 251102上。该工作得到了国家自然科学基金委重大项目和创新群体项目、国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项的资助。
