近日，物理与光电工程学院物理学系理论物理团队杨峤立研究员与中国科学院高能物理研究所高宇研究员等合作，在国际物理学期刊Physics Letters B（PLB，物理学Top期刊） 发表题为《Parametric-resonance production of QCD axions》的学术论文 （Phys. Lett. B 879 (2026) 140680）。
暗物质是什么，是现代科学中最令人着迷的谜题之一。天文学家早已发现，宇宙中存在大量看不见的物质，它们不发光、不发热，却通过引力影响星系的运动和宇宙的演化。寻找暗物质，就像在宇宙深处寻找一份隐藏的宝藏。
关于暗物质如何产生，物理学界最经典的轴子产生理论是“错位机制”。这一机制在40多年前由7位顶尖物理学家同时在多个工作中提出，堪称粒子物理与宇宙学交叉领域的“梦之队”。其中，Wilczek后来获得诺贝尔物理学奖；Preskill是量子信息科学的重要开拓者；Sikivie是轴子实验探测的奠基人之一，提出了用强磁场和微波腔寻找轴子的关键思想，并获得Sakurai奖和伽利略奖章；Dine、Fischler、Abbott和Wise也都在粒子物理、宇宙学等领域做出了重要贡献。正是他们的工作，让轴子从一个理论粒子，成为暗物质研究中的重要候选者。
如果把寻找暗物质比作寻宝，那么错位机制就是40年前画出的第一张“藏宝图”。它告诉人们：随着早期宇宙冷却，轴子场会像被轻轻推离平衡位置的钟摆一样开始振荡，并自然产生大量暗物质。按照这张传统藏宝图，QCD轴子最可能出现在约十微电子伏特量级附近。过去几十年，许多实验正是沿着这个方向展开搜寻。
但宇宙也许比这张旧地图更复杂。近年来，暨南大学物理与光电工程学院物理学系杨峤立教授团队提出，早期宇宙中的微小温度波动，可能会像有节奏地“推秋千”一样，不断放大轴子的产生。此前，杨峤立教授指导暨南大学学生郑瑞丰、卫镨先等，首次提出温度涨落可调制轴子质量并触发参数共振，从而增强轴子暗物质产生。相关成果已发表于Chinese Physics C。
在这一基础上，杨峤立教授团队进一步与中国科学院高能物理研究所高宇研究员等合作，在国际物理学期刊Physics Letters B发表题为Parametric-resonance production of QCD axions的论文，将这一思路系统应用于QCD轴子暗物质研究。
简单来说，传统错位机制主要描述轴子如何在宇宙冷却过程中自然开始振荡；而新的参数共振机制则指出，早期宇宙中微小的温度涨落，也可能在QCD相变时期周期性改变轴子的质量。这个过程就像推秋千：每一次推动都很小，但如果节奏刚好合适，经过很多次积累，秋千就会越荡越高。对轴子而言，这意味着其产量可能被显著放大。
这一发现带来的直接结果是，QCD轴子暗物质可能比传统理论预言的更“重”。换句话说，暗物质可能并不只藏在旧地图标记的位置，也可能位于更高频、更高质量的新区域。研究显示，这一区域可从传统的约十微电子伏特量级，提升到约39–192微电子伏特。这为下一代高频轴子探测实验提供了新的理论目标。
这项研究还有一层颇有意味的学术传承。Sikivie不仅是错位机制的提出者之一，也是轴子探测方向的开创者。由于其家庭与陈香梅女士及飞虎队历史有特殊渊源，Sikivie对部分中国读者而言也多了一层亲近感。数十年后，Sikivie的学生、暨南大学杨峤立研究员继续推进轴子暗物质研究，并指导学生首先提出参数共振增强轴子产生的思想。如今，这一思想进一步发展为QCD轴子暗物质产生的新图景，形成了跨越两代物理学家的学术接力。
从40年前物理大师们提出错位机制，到今天暨南大学团队发展参数共振产生机制，轴子暗物质研究正在不断更新人类对宇宙早期历史的理解。经典理论给出了寻找暗物质的第一张藏宝图，而新的机制则为这张地图补上了此前被忽略的重要区域。随着高频探测技术的发展，这场持续数十年的宇宙寻宝，也正在新的方向上重新燃起希望。
本工作由中国科学院理论物理研究所博士后Pirzada、中国科学院高能物理研究所高宇研究员和暨南大学杨峤立研究员共同完成，杨峤立研究员为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269326005320?fr=RR-2&ref=pdf_download&rr=a1531c9789592aa3
图文：杨峤立