宇宙学 QCD 相变究竟发生了什么?

早期宇宙中可能发生若干一级相变的情景,为宇宙学中最引人入胜且饶有趣味的问题之一。事实上,相变中释放的潜热(或能量)所扮演的角色极为微妙,可能带来若干令人惊讶的重要结果。本文秉持如下观点:发生于 $10^{-5}$ 秒至 $10^{-4}$ 秒之间、温度约为 150 MeV、并将夸克与胶子禁闭于强子之内的宇宙学 QCD 相变,应当是一级相变。为提炼该情景的精髓,只需将真实的 QCD 真空近似为一组简并的 $\theta$ 真空之一,并在必要时尝试通过具有自发对称性破缺的复标量场对其进行有效建模。本文考察了"粘贴"或"拼合"畴壁如何以及在何时形成,以及此类畴壁在长时间内的演化过程;我们相信,暗物质的相当一部分可由这类畴壁结构及其残余物予以解释。当然,宇宙学 QCD 相变的发生方式使得与重子及众多其他色单态客体相关联的假真空并未消失(用袋模型的语言来说,即存在半径为 1.0 fm 的重子袋)——但残留在假真空中的能量可忽略不计。由假真空向真真空转化所释放的潜能,以"粘贴"或"拼合"畴壁(短期内)及其大量演化产物的形式存在,应当促使我们重新审视"辐射主导"时期或"物质主导"时期的概念。