Estimating the Uncertainty of Cosmological First Order Phase Transitions with Numerical Simulations of Bubble Nucleation
本文通过气泡成核数值模拟检验宇宙学一阶相变中解析公式的有效性，发现模拟体积阈值、气泡总数偏差、成核率前置因子影响较小以及声壳模型寿命分布偏离指数分布并抑制引力波谱。
2024-09-02 astro-ph.CO hep-ph
The impact of anisotropy from finite light travel time on detecting ionized bubbles in redshifted 21-cm maps
在红移的21厘米图中探测类星体周围的电离泡可能是未来最直接的再电离探测之一。我们考虑两个模型的球形电离气泡的增长，研究红移21厘米的地图中的气泡的表观形状，考虑到有限的光旅行时间（FRTT）在整个气泡。我们发现，FLTT，其效果是特别明显的大泡沫，导致泡沫的图像继续增长，以及它的实际增长结束后。气泡的FLTT图像有两种明显的畸变：（i）它的视中心沿着类星体的视线（LOS）向观测者移动;（ii）它的形状沿着LOS是各向异性的。气泡最初沿LOS拉长。这在气泡出现压缩的生长后期阶段是相反的。预期FRTT失真会对匹配滤波器气泡检测产生影响，其中最方便的是将球形模板用于滤波器。我们发现，最佳匹配的球形滤波器提供了一个相当不错的估计的大小和各向异性图像的中心的移位。球形滤波器和各向异性图像之间的失配导致SNR相对于球形气泡的SNR降低10 - 20%。我们得出结论，球形过滤器是足够的气泡检测。FRTT畸变不影响1000小时GMRT观测的气泡检测下限。假设在z \sim 8处中性分数为0.6，对于3-sigma和5-sigma检测，可能检测的最小球形滤波器分别具有24 Mpc和33 Mpc的共移动半径。
2010-12-20 astro-ph.CO
Energy Budget of Cosmological First-order Phase Transitions
一阶相变中气泡生长的流体动力学研究与电弱重子生成非常相关，因为重子不对称性敏感地依赖于气泡壁速度，并且还用于预测气泡碰撞产生的重力波信号的大小，这取决于气泡壁速度和等离子体流体速度。我们进行这样的研究在不同的气泡膨胀制度，即爆燃，爆炸，混合（稳态）和失控的解决方案（加速壁），而不依赖于一个特定的粒子物理模型。我们计算了在所有制度的真空能量转移到气泡壁和等离子体的效率。我们澄清的条件确定失控制度和应力，在大多数模型的强一阶相变，这将修改预期的重力波信号。实际上，在这种情况下，大部分动能集中在壁中，并且由于周围的流体大部分保持静止，因此几乎没有湍流流体运动。
2010-04-23 astro-ph.CO hep-ph
General backreaction force of cosmological bubble expansion
本文研究宇宙学一阶相变中气泡膨胀的普遍反作用力，将先前仅基于bag状态方程、作用于气泡壁及声波壳和激波波前的反作用力分析推广至更一般的模型。
2024-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A single-bubble source for gravitational waves in a cosmological phase transition
本文提出单个膨胀相变气泡的量子涨落即可产生引力波，推导了反作用时间尺度，并指出该信号即使对未来实验也难以探测。
2024-03-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Finite Bubble Statistics Constrain Late Cosmological Phase Transitions
本文研究了晚期宇宙学相变中有限气泡统计引起的超视界涨落如何产生曲率涨落，并利用CMB和LSS测量对暗区相变释放的能量提出了强于现有$\Delta N_{\rm eff}$限制的约束。
2023-11-27 astro-ph.CO hep-ph
Numerical Estimations of the Distribution of the Lifetime of Bubbles Emerging from First Order Cosmological Phase Transitions
我们提出了一个数学框架，以产生一个数值估计的寿命分布的气泡出现从一阶宇宙学相变。在先前的工作中，我们实现了声壳模型来预测由标量场衰变产生的引力波的功率谱。该模型依赖于碰撞前气泡的寿命分布，而寿命分布又依赖于跃迁速率$β$和气泡壁速度$v$。经验指数定律被用来描述寿命分布和由此产生的功率谱。对于爆轰，结果显示出良好的协议与模拟的气泡同时成核的平均间隔距离。然而，对于爆燃，结果表明，引力波的振幅是更高的波长比同时成核，表明有一个更准确的描述气泡寿命的寿命分布的重要性。
2022-08-22 astro-ph.CO
What's the (Dark) Matter with Cosmological Bubbles?
尽管现代宇宙学和粒子物理学取得了巨大的成功，但它们仍有许多未解之谜。其中最大的两个是宇宙重子不对称性的起源和暗物质的存在和性质。在本论文中，作者从不同的角度对这些问题进行了探讨。论文的第一部分是关于宇宙学的一级相变，可能发生在大爆炸后不久。这种转变通过真真空气泡的成核和膨胀进行，并产生丰富的现象学。基于大序参量暗相变边界的非平衡动力学，提出了一种同时解释重子非对称性和暗物质的机制.同一类的相变，在小暗物质汤川耦合的参数制度，导致生产的原始黑洞通过压缩的等离子体在收缩的假真空区域，作者证明了一个复杂的数值模拟。在关于宇宙学相变的第三个项目中，作者研究了亚MeV隐藏扇区的可能性，这些扇区与剩余的等离子体解耦，并且足够冷，可以与宇宙学约束相协调，但同时产生了气泡碰撞过程中产生的可检测的引力波谱。在论文的第二部分中，作者评估了在DUNE近探测器上进行新的物理搜索的前景，重点是DUNE-PRISM概念，它建议在不同的轴上和轴外位置进行连续测量。这种设置实现了改善的信号背景比，并降低了系统的不确定性。
2023-01-13 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Formation via Inverted Bubble Collapse
提出反转气泡坍缩新机制形成原初黑洞，自然实现球对称坍缩，可产生质量高达10^-7至10^-5太阳质量的单色黑洞，解释OGLE和Subaru HSC微引力透镜事件。
2025-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Bubble, Bubble, Flow and Hubble: Large Scale Galaxy Flow from Cosmological Bubble Collisions
本文研究了Coleman-de Luccia泡碰撞宇宙学中的大尺度结构。在一组受控的近似，我们计算的影响，从内部看到的泡沫已经经历了这样的碰撞星系运动。我们发现，一般气泡碰撞导致相干的大规模流动的星系在我们的天空的某些部分，其细节取决于碰撞的初始条件和红移的星系的问题。在其他参数保持不变的情况下，随着泡沫内部膨胀量的增加，这种影响会减弱，但可以产生可测量的流动，超过解决平坦性和视界问题所需的Efolds数量。
2010-06-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Gravitational waves from first order cosmological phase transitions in the Sound Shell Model
本文用声壳模型计算了早期宇宙一阶相变的引力波功率谱。该模型预测，功率谱取决于平均气泡分离，相变强度，相边界速度，与成核温度设置的总频率尺度。气泡成核速率的时间演化也有依赖性。的引力波峰值功率和频率是在良好的协议与出版的数值模拟，气泡同时成核。协议是特别好的爆炸，但总功率预测爆燃高于数值模拟显示，表明精确的计算需要改进的模型的能量转移到流体。我们展示了气泡成核率的时间依赖性如何影响功率谱的形状：指数上升的成核率在较长的波长比同时成核产生更高的振幅引力波。我们提出了一个改进的拟合预测的引力波功率谱的形式的双破幂律，其中两个突破的斜率发生在波数对应的平均气泡分离和周围的流体壳的厚度膨胀的气泡，这反过来又涉及到从声速的相边界速度的差异。
2019-09-22 astro-ph.CO hep-ph
Bubble Clustering in Cosmological First Order Phase Transitions
量子力学一阶相变中的假真空衰减是一种在宇宙学中具有广泛意义的现象，并提出了有趣的理论挑战。在标准方法中，假设假真空衰变通过在时空中随机位置成核并随后膨胀的气泡的形成进行。在本文中，我们调查的存在下，使用最近提出的半经典的真空衰减随机描述的气泡成核网站之间的相关性。该过程采样真空涨落，然后使用经典晶格模拟进行演化。我们计算两点函数的气泡成核网站从合奏的模拟，表明成核网站集群的方式，定性类似于随机高斯场的峰值。我们定性地评估了早期宇宙相变中气泡聚集的现象学意义，其中包括随机引力波的功率谱特征，以及在永恒的通货膨胀场景中观察气泡碰撞的概率的增强或抑制。
2021-09-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological bubble friction in local equilibrium
在一阶宇宙相变中，膨胀气泡的渐近速度对于预测随机引力波谱等观测量，或者建立解释宇宙基本性质的机制（如观察到的重子不对称性）的可行性至关重要。在这些动态相变中，人们普遍认为，腔下气泡膨胀需要与等离子体的非平衡相互作用，这些非平衡相互作用由标量场的运动方程中的摩擦项捕获。这一直是有争议的作品指出，在局部平衡所产生的流体动力学效应爆燃或从熵的变化在一般情况下通过气泡壁的亚光速的速度。我们认为，这两种效果是相关的，可以理解的熵的自由度在局部平衡的守恒，导致亚光速的速度为爆燃和爆炸。摩擦效应是由等离子体中熵密度的背景场依赖性引起的，并且可以通过简单地施加局部应力能量守恒和包括场依赖性对有效势的热贡献来解释。我们说明了这一点与明确的计算动态和静态气泡的一阶电弱过渡的标准模型扩展额外的标量场。
2021-03-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological Phase Transitions and their Properties in the NMSSM
我们在希格斯玻色子发现的基础上，研究了次极小超对称标准模型（NMSSM）中的宇宙学相变。我们使用一个有效场论的方法来计算有限温度的有效势，重点对希格斯质量，一个可行的中性伴子暗物质候选人，1-2 TeV停止显着的树级贡献的区域，并与目前的大型强子对撞机的搜索和结果兼容的其余粒子光谱。在参数空间的可行区域中的相变结构表现出丰富的现象学，潜在地引起在单线态和/或$SU(2)$方向上的一步或两步一阶相变。我们计算了几个参数有关的气泡壁的轮廓，包括气泡壁的宽度和$Δβ$（在希格斯真空期望值的变化率在整个墙壁）。这些量可以在参数空间的小区域内显着变化，并且可以为成功的电弱重子生成提供希望。我们估计的壁速度微观物理，考虑到各种来源的摩擦作用在膨胀的气泡壁。当电弱相变具有显著的过冷时，气泡壁运动方程的超相对论解通常存在。对于较弱的跃迁，气泡壁反而倾向于亚光速，事实上，可能是亚音速，这表明成功的电弱重子生成确实可能发生在与希格斯发现兼容的NMSSM区域。
2015-03-11 astro-ph.CO hep-ph
Non-linearities in cosmological bubble wall dynamics
本文针对早期宇宙一阶相变泡壁动力学，通过谱分解求解含占据因子非线性的 Boltzmann 方程，并纳入电弱规范玻色子贡献，实现泡速与轮廓的高效稳健计算。
2024-01-24 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On bubble collisions in strongly supercooled phase transitions
我们研究了强过冷宇宙学相变。我们进行数值晶格模拟的两个气泡碰撞，并表明，根据标量势，在碰撞的字段可以反弹到一个假真空或保持振荡周围的真正的真空。我们研究了这些情况是否可以从它们的引力波信号中区分出来，并讨论了在气泡碰撞中形成黑洞的可能性。
2020-05-15 astro-ph.CO hep-ph
Fermionic Bubble Loop in Cosmological Collider Revisited: Exact signals from spectral and Mellin-Barnes methods
RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（RIKEN跨学科理论与数学科学中心（iTHEMS））；Department of Physics, Tsinghua University（清华大学物理系）；Cosmology, Gravity and Astroparticle Physics Group, Center for Theoretical Physics of the Universe, Institute for Basic Science（基础科学研究院宇宙理论物理中心宇宙学、引力与高能天体物理研究组）；Department of Physics, Institute of Science Tokyo（东京科学大学物理系）；Department of Physics and IPAP, Yonsei University（延世大学物理系及物理学与应用物理研究所）
本文通过谱分解和Mellin-Barnes表示两种解析方法，精确计算了任意耦合下费米子气泡圈对宇宙学对撞机信号的贡献，并发现Yukawa相互作用导致的双谱信号恒为零。
2026-05-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Bubble nucleation and growth in slow cosmological phase transitions
本文研究了小速度气泡壁$v_w<0.1$的宇宙学相变动力学。我们讨论的条件下，这种情况下出现的物理模型，我们计算的相变的发展。我们考虑了动力学相关方面的不同类型的近似和细化，例如壁面速度对流体力学的依赖性、潜热的分布以及成核率的变化。虽然在这种情况下，常见的简化的恒定壁速度和指数形核率打破由于再加热，我们表明，一个三角函数率和速度，它线性依赖于温度给出了一个很好的描述的动态，并允许解析地解决演变。我们还考虑了高斯形核率，它给出了一个更精确的结果的气泡尺寸分布。我们讨论了宇宙残余物的计算的影响。
2018-01-18 astro-ph.CO
Fractal Bubble Cosmology: A concordant cosmological model?
分形气泡模型被认为是一种可行的宇宙学，它不需要暗能量来解释宇宙加速，而是将其观测特征归因于结构的形成。在本文中，它表明，与以前的研究结果相比，该模型是不是一个很好的宇宙学超新星数据拟合，有显着的张力，从不同的样本中获得的最佳拟合参数，而LCDM是能够适应所有的数据集一致。此外，星系团规模和宇宙微波背景的数据之间的一致性是没有实现与最近的超新星汇编。FB形式主义作为一个健全的宇宙学模型的有效性进一步受到挑战，因为它表明，以前的研究这个模型实现一致性，需要一个值，为今天的哈勃常数，是来自超新星数据包含任意距离归一化。
2009-11-26 astro-ph.CO
Gravitational effects on fluid dynamics in cosmological first-order phase transitions
本研究通过结合引力流体动力学与能量注入方案，模拟宇宙学一级相变中气泡流体轮廓，发现引力导致更薄壳层、动能预算减少及加速壁时的子结构，并可能展宽引力波谱平台。
2025-03-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Weak gravity at micron scales from dark bubble cosmology and its cosmological consequences
Uppsala Universitet（乌普萨拉大学）
研究暗泡模型在10^{-5}米尺度上引力变弱的预测，通过桌面实验验证，并解释早期暴胀和宇宙正曲率起源。
2026-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Bubble nucleation and growth in very strong cosmological phase transitions
强一阶相变，即，具有大序参量的那些，其特征在于相当大的过冷和高的相变前沿速度。一个非常强的相变可能有重要的宇宙学后果，由于偏离平衡造成的等离子体。一般来说，强度是有限的，因为旧相的亚稳性可能会阻止转变完成。在此极限附近，气泡成核速率达到最大值，因此偏离了广泛假设的行为，即气泡成核速率随时间呈指数增长。我们研究了这种相变的动力学。我们表明，在某些情况下，高斯近似的成核率是更合适的，在这种情况下，我们解决解析的相变的演变。我们比较高斯和指数近似与现实的情况下，我们确定其有效性范围。我们还讨论了对宇宙残余物（例如引力波）的影响。
2016-11-28 astro-ph.CO
Bubble collision with gravitation
在本文中，我们研究真空泡碰撞与各种潜在的，包括引力，假设球，平面和双曲对称。我们使用双零形式主义的数值计算。球面对称性可以模拟通过多个气泡碰撞形成黑洞的过程。平面对称，特别是双曲对称描述了两个气泡的碰撞。我们研究这两种情况下，当两个真正的真空区域具有相同的场值或不同的场值，通过改变张力。对于后一种情况，我们还测试了对称和不对称的气泡碰撞，并看到因果结构的细节。如果碰撞能量足够，那么真空可以不稳定，这也被证明了。这种双零形式主义可以是一个互补的方法，在气泡碰撞的背景下。
2012-07-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Gravitational waves from bubble walls
本文提出了一种计算宇宙学相变中气泡壁或薄流体壳层运动引起的引力辐射的一般方法。我们讨论了这种方法的应用，以不同的壁运动学。特别是，我们推导出一般表达式的气泡碰撞机制的包络近似和所谓的体流模型，我们也考虑变形的球形气泡形状。我们计算了一个特定模型的引力波谱在一定的尺寸尺度上的变形，这给出了一个峰值远离的气泡碰撞机制。
2021-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Thermal Masses and Bubble-Wall Friction in Cosmological Phase Transitions
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；INFN Sezione di Firenze（佛罗伦萨大学INFN分部）；Dipartimento di Fisica, Università della Calabria（卡拉布里亚大学物理系）；INFN, Gruppo Collegato di Cosenza（科森扎联合INFN小组）；Dipartimento di Fisica, Sapienza University of Rome and INFN（罗马智慧大学物理系及INFN）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Firenze（佛罗伦萨大学物理与天文学系）；Department of Physics and Astronomy, University of Sussex（苏塞克斯大学物理与天文学系）
研究宇宙学相变中泡壁摩擦问题，通过在玻尔兹曼方程方法中一致纳入热质量，发现其能抑制非平衡微扰源项与相互作用率，降低摩擦计算对红外部分的敏感性，以单态扩展标准模型为例说明相关结果。
2026-07-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Bubble expansion at strong coupling
本文解析研究了强耦合一阶相变中气泡壁膨胀的非相对论极限，发现平面壁速度与相压差呈线性关系，并给出柱面和球面壁结果，表明气泡壁速度可仅由流体动力学描述。
2023-11-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing Cosmological Reionization through Radio-interferometric Observations of Neutral Hydrogen
再电离时代是宇宙演化史上最鲜为人知的篇章之一。本论文研究了利用HI 21-cm图揭示宇宙再电离历史的两种主要方法，其中讨论最多的方法是研究HI 21-cm再电离的全局统计性质。我们开发了计算多频角功率谱（MAPS）的形式，并将HI信号的统计量量化为角多极l和频率间隔Δ v的联合函数。我们采用了一个简单的模型HI分布，其中包括斑片状再电离，并使用它来研究电离气泡的MAPS签名。我们还研究了前景减法的含义。论文的一个主要部分探讨了在21厘米的地图中检测单个源周围电离气泡的可能性。我们提出了一种基于可见性的匹配滤波器技术，以最佳地结合来自电离气泡的信号，并最大限度地减少噪声和前景的贡献。形式主义作出明确的预测的能力，检测电离泡或最终排除其存在的无线电地图。给出了GMRT和MWA的结果。利用模拟的HI图，我们分析了泡外HI起伏对其探测能力的影响。各种其他问题，如（i）气泡大小的确定（ii）盲目搜索气泡，（iii）最佳红移气泡检测也进行了讨论。
2009-06-03 astro-ph.CO
Magnetic field generation from bubble collisions during first-order phase transition
我们研究了宇宙学一级电弱相变产生的磁场。计算了两个和三个磁泡碰撞中由于Higgs相位的变化而产生的磁场。我们的研究表明，碰撞方向的电磁流在碰撞气泡的交叉区域产生环状磁场，这可能是星系间场观测所约束的原始磁场的种子。
2021-02-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
General relativistic bubble growth in cosmological phase transitions
该研究利用广义相对论框架研究早期宇宙一阶相变中稳定相泡的自相似膨胀，发现引力效应会显著改变动能占比与空间曲率，或对哈勃半径尺度泡的引力波功率谱计算有重要影响。
2023-08-29 astro-ph.CO gr-qc
Residual Hubble-bubble effects on supernova cosmology
即使在一个大尺度上均匀的宇宙中，局部密度涨落也可以在我们从遥远的来源所做的宇宙学推论上留下系统的印记。一个例子是局部密度不足对超新星宇宙学的影响。它也被称为哈勃气泡，有人认为足够大的密度不足可以解释超新星的星等-红移关系，而不需要暗能量或加速。虽然这种极端结果所需的欠密度的大小和深度在平均均匀的宇宙中极不可能是随机波动，但即使是很小的欠密度也会对我们的宇宙学推论产生残余影响。在本文中，我们表明，即使排除了可能在任何小哈勃气泡内的局部超新星，我们的宇宙学参数测量仍然存在系统性的变化。我们从理论上研究了通常由超新星宇宙学分析所施加的低红移截止，并表明基于我们局部宇宙中观察到的不均匀性，z 0 \sim 0.02的低红移截止可能太低。忽略施加任何低红移截止会对来自超新星数据的宇宙学参数产生重大影响。一个轻微的局部密度不足，在尺度为70 h ^{-1} Mpc时，密度不足30%，导致宇宙学常数密度ΩΛ的误差为\sim 4%。施加一个低红移截止可以减少这个系统误差，但不能完全消除它。即使忽略当前优选的低红移截止值0.02内的所有数据，推断值ΩΛ仍保留0.99%的残余系统位移。鉴于目前的测量不确定性，这种变化是不可忽略的，当未来的测量产生更高的精度时，需要考虑到这一点。
2010-06-04 astro-ph.CO
Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity
具有多重真空的暴胀子势中的永恒暴胀理论预测，我们的宇宙是在不断膨胀的假真空中成核和生长的许多泡沫宇宙之一。我们的泡沫与另一个泡沫的碰撞可以提供一个重要的观测信号来测试这种情况。我们开发并实现了一种算法，用于精确计算气泡碰撞产生的宇宙学观测值直接从一个单一的标量场的拉格朗日。我们首先通过求解爱因斯坦方程来模拟碰撞时空，从成核开始，到再加热结束。利用碰撞的双曲对称性，模拟进行1+1维完全相对论代码，使用自适应网格细化。然后计算了开放Friedmann-Robertson-Walker宇宙中的同动曲率微扰，并利用它确定了宇宙微波背景辐射的温度各向异性.对于一个基准拉格朗日，各向异性很好地描述了从碰撞签名的中心的角距离的余弦的幂律。对于一个给定的形式的拉格朗日，由此产生的观测预测是固有的统计由于随机元素的气泡成核过程。由于我们对暴胀和预复合物理学的不完善的知识，进一步的不确定性出现了。我们通过计算四个现象学参数的概率分布来描述观测预测的特征，这些参数捕获了这些内在的和模型的不确定性。这代表了第一个完全相对论性的预测集合，从一个引起永恒暴胀的标量场模型的合奏，从以前的非相对论性近似产生显着差异。因此，我们的研究结果提供了一个基础，这些理论与宇宙学数据的严格对抗。
2014-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Thin and thick bubble walls III: wall energy
本文提出按泡壁与体相分解能量-动量张量的系统方法，可计算泡壁宽度任意阶修正，并通过不同初始构型球形气泡的数值计算验证近似。
2025-01-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The fractal bubble model with a cosmological constant
我们推广的分形气泡模型（FB），最近在文献中提出的标准$Λ$ CDM宇宙学的替代品，包括一个非零的宇宙学常数。我们保留了相同的体积分区的空隙和墙壁的原始FB模型，和相同的匹配条件为零测地线，但不包括与非均匀的时间流所产生的准本地重力能量的差异，可能会出现在粗粒化过程中的影响。的Buchert方程的书面和部分集成和渐近行为的解决方案。对于一个具有$Λ=0$的宇宙，正如FB模型中的情况一样，具有双曲曲率的初始空隙率以这样一种方式演化，即它渐进地完全填满我们的粒子视界。相反，在一个非零$Λ$的存在下，我们表明，这不会发生和空隙填充一个有限的分数$f_{v_{\infty}}<1$，其中的值$(1-f_{v_{\infty}})$预计将取决于$Λ$和初始分数$f_{vi}$，也是小的。为了确定它，必须对方程进行数值积分。最后，我们的模型的一个有趣的预测是一个公式，它给出了当今暗能量的最小允许值，作为宇宙年龄、物质和曲率密度参数的函数。
2012-01-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
