本报讯  12月15日，中国科大蔡一夫教授带领国际合作团队发现了婴儿宇宙处在高能物理的“沙漠”能区时，存在原初引力波共振的非线性理论现象。原初引力波信号通过该现象过程，能给被共振放大4至6个数量级乃至更大，从而被原初引力波探测器检出，可用于验证某些传统物理“不可触及”的宇宙起源理论模型。这个新结果可以为国际上盛行的原初引力波探测实验建设提供重要科学目标，也为搜寻超出粒子物理标准模型的高能新物理打开了一扇窗口。该成果发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》。

高能区的物理沙漠中，存在着一小片新物理绿洲，由共振增益机制放大到可观测的范围，被原初引力波望远镜探测到。图片来源：欧洲空间局/普朗克合作组

如果将现在的宇宙比喻为一名成长的孩童，那婴儿时期的宇宙中，现在所有的物质和暗物质都曾经是以极为微小的基本粒子的形态存在。“婴儿宇宙”温度极高，远超现在高能物理实验中能触及的最高温度（能标）。这段时期的物理被称为高能区新物理，因为超出当前探索能力，被称为高能物理的“沙漠”区域。

在本研究中，蔡一夫团队引入了一个具有参数共振演化行为的重场，使其与原初引力波发生非线性耦合，从而为原初引力波的共振增益提供了能量来源。本研究通过构造一个具体的模型范例，精准地论证出：即便婴儿宇宙是在超出粒子物理标准模型的“沙漠”能区经历的暴胀过程，也能产生足够大的原初引力波，从而理论上说明高能物理的“沙漠”也可能存在生机盎然的新物理“绿洲”。

根据本研究预分析，这个通过非线性共振过程产生原初引力波的新理论起源机制有望在不久将来的宇宙微波背景辐射实验中得以检验，例如国际的LiteBird小鸟太空望远镜，以及中国的阿里原初引力波实验等。

本工作国际合作团队人员有：日本东京大学数物连携研究所佐佐木节（Misao Sasaki）教授、博士后Valeri Vardanyan、中科大物理学院博士生江捷、本科毕业生周子涵（现美国普林斯顿大学物理系博士生）。

  （物理学院 中科院星系宇宙学重点实验室)