Particles and forces from chameleon dark energy
变色龙暗能量是一种物质耦合的标量场，它通过变大质量来隐藏它的第五种力。我们估计扭摆约束的剩余第五力，由于模型与重力强度耦合。像Eot-Wash这样的实验即将排除“量子稳定”的变色龙模型，在这种模型中，对变色龙场和质量的量子修正仍然很小。我们还考虑了光子耦合变色龙，这可以通过余辉实验，如追逐测试。
2012-11-29 astro-ph.CO hep-ph
Effects of Chameleon Scalar Field on Rotation Curves of the Galaxies
研究了变色龙标量场对暗物质晕的有效密度和压力的影响。压力是由作用在物质上的变色龙第五种力产生的。我们证明，厚壳层非奇异边界条件，禁止奇点导致非常严格的约束时，适用于星系的物质变色龙耦合。我们认为，在一般的物理情况下，具有中心奇点的变色龙轮廓更容易发展。暗物质所经历的具有中心奇异性的变色龙轮廓中的变色龙第五力可以显著地改变星系的自转曲线。变色龙第五力可以产生陡峭的尖点的旋转曲线在任何暗物质从Navarro-Frenk-White（NFW）的伪等温（ISO）的轮廓开始。利用晚型低面亮度星系（LSB）的观测资料，估算了变色龙与暗物质之间的耦合常数的上限。其顺序为$β< 10^{-3}$。
2012-03-28 astro-ph.CO hep-ph
Ellipticity Weakens Chameleon Screening
变色龙机制使一个长距离的第五力被屏蔽在稠密的环境中，当非平凡的自相互作用的领域，使其质量增加与当地的密度。到目前为止，变色龙第五力主要是针对球对称源进行研究的，然而非线性的自相互作用意味着变色龙对源形状变化的反应与重力不同。在这项工作中，我们专注于椭球偏离球对称和计算变色龙力的完整形式，比较它的形状依赖于重力。当将球体变形为具有相同质量的椭圆体（椭圆率为$\simeq 0.99$）时，变色龙力可增强高达40%。
2014-12-19 astro-ph.CO hep-th
Effects of a scalar fifth force on the dynamics of a charged particle as a new experimental design to test chameleon theories
本文描述了带电粒子在电磁场中存在标量第五种力时的动力学。聚焦于由变色龙场引起的第五种力，其轮廓可以在实验室中适当地设计，它绘制了它对静态和均匀磁场中粒子回旋运动的物理效应。第五个力引起的漂移的轨迹，估计分析和数值计算相比，由两个嵌套的圆柱体内的变色龙字段的激励配置文件。的影响和这种漂移的可检测性的大小进行了讨论，认为这可能提供一个新的实验设计，在实验室中测试小第五力。更重要的是，在宏观层面上，它感应出一个原则上也可以测量的电流，甚至可以让人们接近腔内标量场的横向分布。在这两种情况下，将磁场与局部重力场对齐抑制了牛顿重力的影响，否则牛顿重力的影响将比第五种力的影响大几个数量级，并且腔体对粒子的牛顿重力也被认为是可以忽略的。考虑到这一点，这个实验装置及其两种效应--对单个粒子的效应和宏观水平的效应--可能需要注意在实验室中证明其实际可行性。
2020-06-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Using machine learning to optimise chameleon fifth force experiments
本研究结合遗传算法与SELCIE软件，在理想化环境中优化变色龙第五力实验的源质量形状，发现小型“伞”状结构能使第五力提升2.45倍，且该最优形状在广泛参数下均适用。
2023-08-01 astro-ph.CO gr-qc
The shape of the Chameleon fifth-force on the mass components of galaxy clusters
该研究在变色龙引力框架下推导了星系团多质量组分的变色龙场半解析解，验证后植入MG-MAMPOSSt代码，利用模拟晕证明结合星系成员速度位置与BCG速度弥散数据可约束变色龙模型参数，约束强度对标单质量剖面团的透镜+运动学联合分析。
2024-11-01 astro-ph.CO gr-qc
Voids in Modified Gravity: Excursion Set Predictions
利用球塌缩方法研究了变色龙模型中空洞中第五种力的行为。与牛顿引力相反，我们发现第五种力在空隙中是排斥的。第五种力的强度取决于空区内外的密度及其半径。它可以比牛顿力大许多倍，它们的比率原则上是不受限制的。这与晕中的情况非常不同，晕中的第五种力不超过重力的1/3。空洞的演化受牛顿引力、有效暗能量力和第五种力的控制。虽然前两种力在LCDM和变色龙宇宙中都很常见，但第五种力是后者所独有的。在指向外部的第五种力的驱动下，变色龙模型中的单个空洞比LCDM宇宙中的空洞膨胀得更快、更大。对于半径为几Mpc/h的空隙，空隙壳的膨胀速度可以大20%至30%，而它们的尺寸可以大~ 10%。对于相同密度的较大空隙，这些差异较小。我们使用偏移集理论比较空隙统计;对于相同大小的空隙，它们的数密度在变色龙模型中更大。分数差随着空隙尺寸而增加。具有半径约25 Mpc/h的空隙的机会可以大2.5倍。这种差异比晕质量函数中的差异大10倍左右。我们发现强烈的环境依赖性的变色龙模型中的空属性。对于高密度区域的小空洞，GR在尺寸和膨胀速度上的差异都较大。一般来说，变色龙模型和LCDM模型在空洞性质（尺寸、膨胀速度和分布函数）上的差异大于晕的相应量。这表明，在测试重力时，空洞可能比光晕更适合。
2013-03-12 astro-ph.CO
Searching for Chameleon Dark Energy with Mechanical Systems
暗能量的光标量场框架，有时被称为精粹，在正常物质物体之间引入了第五种力。屏蔽机制，如变色龙模型，允许标量场在宇宙学尺度上几乎是无质量的，同时避开了实验室的限制。我们探讨了近期内可用的机械系统直接探测与变色龙暗能量相关的第五种力的能力。我们提供了最弱的可访问的变色龙模型参数的实验可调变量方面的解析表达式，并将我们的分析应用到两个机械系统：悬浮微球和扭秤，表明这些实验的当前一代的灵敏度，以排除一个显着的部分建议变色龙参数空间。我们还指出了理论上动机良好的变色龙参数空间，以指导未来的实验工作。
2022-01-28 astro-ph.CO hep-ph
The shape dependence of chameleon screening
变色龙标量场可以通过改变它们的质量和局部密度来屏蔽它们相关的第五种力。这些模型是筛选机制的典型例子，并已成为宇宙学调查和地球实验的重要目标。特别是最近有很多兴趣在实验室中寻找变色龙的第五种力量。已知变色龙力在非球形源周围屏蔽较少，但仅在几个简单形状周围的场轮廓是解析已知的。在这项工作中，我们介绍了一个数值代码，解决了周围的任意形状的变色龙场与方位角对称放置在一个球形真空室。我们发现，偏离球面对称可以增加变色龙加速所经历的测试粒子的一个因素的$\sim 3$，和最少的屏蔽对象是那些最小化一些内部尺寸。
2018-03-13 astro-ph.CO gr-qc
A Compendium of Chameleon Constraints
变色龙模型是一个具有屏蔽机制的标量场理论，它解释了宇宙学相关的光标量如何避免太阳系内寻找第五种力的限制。变色龙是一种流行的暗能量候选者，也出现在引力的$f(R)$理论中。虽然变色龙的设计是为了避免历史搜索的第五力，它不是不可观测的，许多努力已经进入确定最好的观测和实验来检测它。这些结果并不总是为相同的模型或相同的语言，一个特殊的问题时，比较天体物理和实验室搜索很难理解哪些区域的参数空间仍然存在。在这里，我们提出了结合约束的变色龙模型从天体物理和实验室搜索的第一次，并确定剩余的窗口参数空间。我们讨论了宇宙学变色龙搜索和未来的小规模探测的影响。
2016-09-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
The XMM Cluster Survey: Testing chameleon gravity using the profiles of clusters
变色龙引力模型假设存在一个标量场，它与物质耦合，以调解第五种力。如果它存在的话，这第五种力将影响充满星系团势阱的热X射线发射气体。然而，它不会影响集群的弱透镜信号。因此，通过比较X射线和弱透镜分布，可以对第五种力的强度设置上限。在使用单个邻近群集（Coma、$z=0.02$）之前，已尝试过此技术。在这里，我们应用该技术的堆叠配置文件的58个集群在较高的红移（$0.1<z<1.2$），包括12个新的文献，使用X射线数据从XMM集群调查（XCS）和弱透镜数据从加拿大-法国-夏威夷望远镜透镜调查（CFHTLenS）。使用多参数MCMC分析，我们约束的两个变色龙重力参数（$β$和$ϕ_{\infty}$）。我们的拟合符合广义相对论，不需要第五种力。在$f(R)$重力（其中$β= \sqrt{1/6}$）的特殊情况下，我们设置了$|f_{\rm{R0}}| < 6 \times 10^{-5}$（95% CL）的背景场振幅的上限。这是迄今为止在宇宙学尺度上对$|f_{\rm{R0}}|$最强的限制之一。我们希望在未来通过使用暗能量调查的数据将研究扩展到数百个集群来改善这一限制。
2015-07-15 astro-ph.CO
Constraining screened fifth forces with the electron magnetic moment
变色龙理论和量子理论是光标量场如何与引力强度或更大的物质耦合的原型模型，但却避开了地球和太阳系经典引力测试的严格限制。在这项工作中，我们研究如何精确测量的电子磁矩地方有意义的约束变色龙和变色龙。确定了两种影响：首先，虚变色龙和虚磁子在循环中运行，以产生对磁矩的内在值的量子校正;这是一个在标准模型之外的许多情况下在文献中广泛考虑的常见过程。然而，第二种效应是表现出屏蔽的标量场所特有的。在实验真空室内形成了一个标量气泡状轮廓，并对电子施加了第五种力，导致实验测量的系统性变化。在量化后一种效果，我们提出了一种新的方法，结合分析参数和少量的数值模拟，以快速解决大范围的模型参数的气泡状配置文件。两者合计，这两种效应在参数空间的互补区域中产生有趣的约束。虽然我们获得的约束变色龙在很大程度上是没有竞争力的，在现有的文献中，这仍然是最严格的约束，但可以从一个实验，最初不是为了寻找第五种力量。我们打破了更多的地面与duplex，我们的结果排除了一个大的和以前未探索的区域的参数空间。这一成就的核心是量子校正项，它能够将质量限制在$μ\in [10^{-3.88},10^8]\,\text{eV}$范围内的介子，而其他实验迄今为止一次只能灵敏到1或2个数量级。
2018-04-27 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
CLASH-VLT: The Fifth Force in Chameleon Gravity from Joint Lensing and Kinematics Cluster Mass Profiles
INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利天文学国家研究所的里雅斯特天文台）；Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA)（中央研究院天文及天文物理研究所）；IFPU---Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基本物理研究所）
通过联合透镜和动力学分析九个大质量星系团，测试chameleon引力及其f(R)子类在Mpc尺度上的表现，发现cuspy模型与广义相对论一致，而Burkert模型则出现轻微偏离。
2026-04-26 astro-ph.CO
Testing chameleon gravity with the Coma cluster
我们提出了一种新的方法来测试在星系团的外围引力相互作用。当重力被修改时，这通常伴随着引入额外的标量自由度，这介导了吸引力。然而，额外引力耦合的存在受到当地测量的严格限制。在引力的变色龙修正中，可以通过采用在密集环境中抑制第五种力的屏蔽机制来逃避局部测试。虽然变色龙场可能在星团内部被屏蔽，但其外部区域仍然会受到额外力的影响，从而在星团的流体静力学质量和透镜质量之间引入偏差。因此，变色龙修改可以通过结合气体和透镜测量的集群进行测试。我们证明了我们的方法的可操作性与后发座星系团，这两个透镜测量和气体观测的X射线表面亮度，X射线温度，和Sunyaev-Zel'dovich效应。使用联合观测数据集，我们进行了马尔可夫链蒙特卡罗分析的参数空间描述不同的配置文件在牛顿和变色龙的情况下。我们报告的竞争性约束的变色龙场的振幅和耦合强度的问题。在f（R）引力的情况下，对应于耦合的特定选择，我们发现背景场振幅的上限为|f_{R0}| <6*10^{-5}，这是目前宇宙学尺度上最严格的约束。
2014-03-19 astro-ph.CO
A Proposed Experimental Search for Chameleons using Asymmetric Parallel Plates
与物质耦合的光标量场是暗能量理论和试图解决宇宙学常数问题的常见结果。变色龙屏蔽机制通常被调用，以抑制这些标量介导的第五力，足以避免目前的实验限制，没有微调。通过允许标量的质量随局部密度而变化来动态地抑制力。最近，它已被证明，不久的将来冷原子实验使用原子干涉有能力访问大部分的变色龙参数空间。在这项工作中，我们演示了如何利用不对称平行板的实验可以更深入地推进到变色龙可用的剩余参数空间。
2016-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Constraining chameleon field theories using the GammeV afterglow experiments
伽马V实验限制了变色龙标量场与物质和光子的耦合。在这里，我们提出了一个详细的计算这些约束下的变色龙余辉率。研究了GammeV约束对计算中各种假设的依赖性。我们讨论GammeV-追逐，第二代GammeV实验，这将提高GammeV在几个主要方面。使用我们的变色龙余辉率的计算，我们预测模型独立的约束GammeV-CHASE实现。然后，我们将这些限制应用到各种变色龙模型，包括四次变色龙和变色龙暗能量模型。新实验将能够探测当前测试无法触及的参数空间的大区域，例如第五力搜索，对遥远天体物理对象变暗的限制以及精细结构常数变化的界限。
2009-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Designing dark energy afterglow experiments
变色龙场是标量场暗能量的候选者，它可以通过在高密度区域变得巨大而逃避第五种力的约束。然而，这种特性允许变色龙颗粒被困在具有致密壁的真空室内。余辉实验通过尝试在这样的真空室中产生和捕获变色龙粒子来限制光子耦合变色龙场，当它们再生光子时，它们将从真空室中发出余辉。在这里，我们讨论了几个理论和系统的影响的GammeV和追逐余辉实验的设计和分析。我们考虑变色龙粒子与光子、费米子和其他变色龙粒子的相互作用，以及与宏观磁场和物质的相互作用。预测了每个实验中的余辉信号，并研究了其对实验装置各种性能的敏感性。最后，我们使用CHASE数据排除了广泛的光子耦合变色龙暗能量模型。
2012-04-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Chameleons with Field Dependent Couplings
某些标量-张量理论表现出所谓的变色龙机制，即标量场的观测特征被自相互作用和与周围物质的相互作用所隐藏。并非所有的标量张量理论都表现出这样的变色龙机制，这种机制最初是在具有逆幂失控势和与物质的场无关耦合的模型中发现的。本文研究了具有场依赖耦合和幂律势的标量场场论。我们证明了该理论确实是一个变色龙场论。我们发现薄壳解决方案的球体和Eöt-Wash实验，第五力搜索和卡西米尔力实验的后果进行调查。要求标量场逃避引力测试，我们发现，耦合是敏感的质量尺度，这是今天的哈勃尺度的顺序。
2010-06-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Structure Formation by the Fifth Force III: Segregation of Baryons and Dark Matter
在本文中，我们提出的$N$体模拟的结果与标量场耦合不同的冷暗物质（CDM）和重子。选择标量场势和耦合函数，使得标量场在具有高CDM密度的区域中获得重质量，从而表现得像变色龙。我们着重讨论了标量场的存在如何影响非线性大尺度结构的形成，以及标量场与重子和CDM粒子的不同耦合如何导致这两种物质在大尺度上和维里化晕内部的不同分布和演化.正如预期的那样，重子CDM分离在第五种力强的区域增加，而在致密区域几乎没有分离。我们还介绍了一种近似方法来识别维里化晕耦合标量场模型，考虑到标量场耦合，这是很容易实现的数字。研究发现，由于标量场的变色龙性质，使得晕的内部密度分布对环境的依赖性非常强。
2010-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE
Catastrophic Consequences of Kicking the Chameleon
驱动当前宇宙加速的“暗能量“的物理学仍然是神秘的，暗区可能涉及新的光动力场。如果这些光标量与物质耦合，那么屏蔽机制必须防止它们在局部介导不可接受的强第五力。这里我们考虑一个具体的例子：变色龙机制。我们表明，在宇宙的最初几分钟，变色龙场和屏蔽机制所采用的物质之间的耦合也对变色龙产生了灾难性的后果。变色龙耦合到应力-能量张量的迹线，在辐射主导的宇宙中，每当粒子物种变得非相对论性时，应力-能量张量暂时非零。这些“反冲”赋予变色龙场一个显著的速度，导致其有效质量以非线性的方式变化，从而产生大量的量子涨落。耗散效应强烈地改变了变色龙场的背景演化，使变色龙宇宙学以前的所有经典处理都无效。此外，由此产生的波动具有极高的特征能量，这使有效理论的有效性受到严重质疑。我们的结果表明，量子粒子的产生可以深刻地影响标量张量引力，以前没有考虑过的可能性。在这个新的背景下工作，我们还开发了强耗散制度中的粒子生产的理论和数值。
2013-03-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Detecting solar chameleons through radiation pressure
光标量场可以驱动宇宙加速膨胀。因此，它们显然是暗能量的候选者。为了使这些模型与太阳系中的广义相对论测试和地球上的“第五种力”搜索兼容，需要对它们进行筛选。一种可能性是所谓的“变色龙”机制，它根据局部物质密度提供有效质量。如果变色龙粒子存在，它们可以在太阳中产生，并利用相当于辐射压力的能量在地球上检测到。由于变色龙的有效质量与局部物质密度成比例，如果变色龙的有效质量大于其总能量，则变色龙可以被致密介质反射。因此，在适当的条件下，可以通过检测传递到合适的光机械力/压力传感器的总瞬时动量来感测太阳变色龙的通量。我们计算太阳的变色龙光谱和变色龙参数空间的实验使用的初步结果，从力/压力传感器，目前正在开发中INFN的里雅斯特，安装在焦平面的一个X射线望远镜的CAST实验在欧洲核子研究中心。我们表明，这样的实验意味着一个开拓性的努力探索未知的变色龙参数空间。
2014-10-28 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Using Atom Interferometry to Detect Dark Energy
我们回顾了诱人的前景，第一个证据的暗能量驱动观测到的宇宙加速千兆秒差距尺度可能会发现通过米级实验室为基础的原子干涉实验。为了做到这一点，我们首先介绍了标量场可能是暗能量的原因的想法，并表明，为了与第五力约束兼容，这些场必须有一个屏蔽机制，在太阳系内隐藏它们的影响。特别强调的是放在一个这样的屏蔽机制称为变色龙效应的领域的质量变得依赖于环境。场在球形源存在下的行为方式被确定，然后我们继续展示如何在与原子干涉实验相关的高真空存在下，当测试粒子是原子时，可以使用相关联的干涉图案来对由于变色龙场的第五力引起的加速度施加约束。这已经被用来排除变色龙参数空间的大区域，也许有一天能够在实验室中检测到由于暗能量场而产生的力。
2015-07-27 astro-ph.CO
Chameleon foreCAST
暗能量模型，如变色龙，宇宙膨胀的加速是由与物质耦合的标量场的动力学引起的，受到第五种力的潜在存在的影响。在太阳系和实验室中，人们已经提出了三种恢复广义相对论的机制，它们分别是爱因斯坦/达穆尔-波利亚科夫效应、万施泰因性质和变色龙屏蔽。在这里，我们建议在实验室中探测变色龙的存在，考虑它们的粒子物理后果。我们设想的共振和非共振生产的变色龙在太阳和他们的回转换成X射线光子的太阳能日光镜管，如一个使用的CAST。探测到这些X射线就表明变色龙的存在。我们专注于太阳磁场的模板模型：一个恒定的磁场在一个狭窄的外壳周围的速跃层。太阳内部产生的变色龙的反向转换获得的X射线光子在日光镜管中具有在sub-keV区域达到峰值的光谱，刚好低于目前轴子日光镜的实际灵敏度范围。然而，它们可以被现在的磁太阳望远镜探测到，比如CAST和Sumico，它们最初是为太阳轴子建造的。我们还提出了一个变色龙通过一个墙的实验，其中X射线光子从同步辐射源可以转换成变色龙内的偶极磁铁，然后通过一个墙，这是不透明的X射线之前被转换成X射线光子在下游的第二个磁铁。我们表明，这可以提供一个直接的签名变色龙粒子的存在。
2012-01-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Fifth-Force Screening around Extremely Compact Sources
许多非线性标量场理论拥有一种屏蔽机制，可以在稠密环境中抑制任何相关的第五种力。因此，这些理论可以逃避当地对新势力的实验检验。由于标量势的非线性或与物质的耦合而发生的变色龙般的屏蔽，在扩展物体周围是很好理解的。然而，这些理论的许多实验测试涉及空间范围远小于标量场的康普顿波长的物体，因此可以被认为是点状的。在这项工作中，我们确定如何筛选的第五种力量的限制，源对象变得非常紧凑。
2021-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Chameleon Gravity, Electrostatics, and Kinematics in the Outer Galaxy
光标量场被认为出现在高能物理学的理论中（如弦论），并在暗能量、暗物质或中微子物理学中找到现象学的动机。然而，光标量场与普通（或暗）物质的耦合受到实验室、太阳系和天体物理学第五力测试的强烈约束。在稠密环境中，避免这些限制的一种方法是通过变色龙机制，即场的质量随着环境密度急剧增加。因此，变色龙力只来源于致密物体表面附近的薄壳，这大大降低了它的大小。本文认为薄壳条件等价于静电学中的“导电”边界条件。作为一个应用，我们使用镜像法的模拟来计算物体围绕球形引力源的反作用力（或自作用力）。使用这种方法，我们可以明确地计算在星系晕的外围违反等效原理（假设NFW暗物质配置文件）：中等质量的卫星可以比它们的大/小同行慢10%接近薄壳。
2011-09-02 astro-ph.CO gr-qc
Excursion set theory for modified gravity: correlated steps, mass functions and halo bias
我们展示了相关的步骤如何引入显着的贡献修改的晕质量函数在修改后的重力模型，以变色龙模型为例，在偏移集方法的框架。这种修正适用于在以前的研究中讨论的拉格朗日和欧拉环境。相关步骤也增强了由于条件质量函数中的第五力以及晕偏置的修改。我们发现，来自不同环境的丰度和聚类测量可以提供强有力的约束变色龙模型。
2012-07-19 astro-ph.CO
Extended Chameleons
我们扩展变色龙模型考虑标量流体理论之间的物质和标量场的耦合可以表示为一个二次有效势与密度依赖的最小值和质量。在这种情况下，我们研究了太阳系引力测试的标量场的影响，并表明，通过这些严格的约束模型仍然可以引起牛顿定律在银河系尺度上的大修改。在这些尺度上，我们分析模型，这可能会导致牛顿定律的维里半径以外的百分比偏差。然后，我们模型的暗物质晕的Navarro-Frenk-White的配置文件，明确地发现，第五种力量可以在一个特定的模型，其中的标量场质量是恒定的，其潜在的最小值与物质密度线性变化的银河系核心周围的大的贡献。在宇宙学的距离，我们发现，这个模型不会改变的增长大尺度结构，因此将最好的测试在星系尺度上，有趣的签名可能会出现在星系旋转曲线。
2017-03-08 astro-ph.CO gr-qc
Red Giant evolution in Modified Gravity
本文研究了非均匀密度分布下的变色龙剖面，发现薄壳表面附近的第五种力比均匀密度分布下的弱。此外，我们还检验了变色龙标量场的准静态近似在天体物理时标中的有效性。利用MESA程序研究了一颗太阳质量的红巨星内部标量场在其有效势上的滚降行为。我们发现，标量场足够快，可以跟随势的最小值。这种绝热行为降低了第五种力，并将屏蔽区域扩展到密度较低的区域，其中场具有较小的质量，并且预期是未屏蔽的。因此，恒星的演化与标准广义相对论的预期相似。另外，考虑到恒星的稳定性，得到了耦合常数$β$的近似约束条件。
2019-02-04 astro-ph.CO gr-qc
Probing Dark Energy with Atom Interferometry
暗能量理论需要一个屏蔽机制来解释为什么相关的标量场不能介导可观测到的长程第五种力。这一现象的原型是变色龙能量场。在这里，我们表明，单个原子太小，无法屏蔽大型高真空室内的变色龙场，因此可以高灵敏度地检测场。我们从现有的实验中得出新的限制变色龙参数，并表明，大部分剩余的变色龙参数空间是容易使用原子干涉。
2015-03-30 astro-ph.CO hep-ph quant-ph
Structure Formation by Fifth Force I: N-Body vs. Linear Simulations
我们给出了一般暗物质耦合标量场模型中线性和非线性结构形成的数值研究框架，并给出了一个明确的例子，其中标量场作为一个动态的暗能量。采用标量场的参数，产生一个现实的CMB谱，我们产生的初始条件，我们的N体模拟，其中遵循的空间分布的暗物质和标量场的运动方程求解使用多级自适应网格技术。我们发现，空间配置的标量场跟踪以及空洞和集群的暗物质。事实上，标量自由度的传播有效地对暗物质粒子施加了第五种力，其范围和大小由两个模型参数（μ、γ）、局部暗物质密度以及标量场的背景值决定。该模型的行为就像LCDM范式的尺度相关的CMB频谱，这是远远超出了本地第五力的探针，因此没有显着影响的物质标量耦合。如果变色龙效应较弱，在与局域第五力的范围相当或比其范围更短的尺度上，第五力与引力完全平行，它们的强度具有由物质-标量耦合决定的固定比值2 γ ^2;另一方面，如果存在较强的变色龙效应（即，标量场几乎在空间中的任何地方都处于其有效势最小值），第五种力确实在高密度区域具有抑制效应，并且没有显示出与重力的明显相关性，这意味着暗物质-标量场耦合并不简单地等效于引力常量或暗物质粒子质量的重新标度。
2009-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Screening Mechanism and Late-time Cosmology: Role of a Chameleon-Brans-Dicke Scalar Field
研究Brans-Dicke理论中标量场通过类似Chameleon的密度依赖有效质量规避局部测试并驱动晚期宇宙加速，观测数据支持Jordan Frame中存在温和的标量-物质相互作用。
2022-05-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Atom-interferometry constraints on dark energy
如果驱动宇宙加速膨胀的暗能量是由一个光标量场组成的，那么它就可能作为正常物质物体之间的“第五种力”被探测到，这可能与引力的精确测试相冲突。然而，变色龙场和其他具有屏蔽机制的理论可以通过抑制高密度区域（如实验室）中的力来逃避这些测试。使用铯物质波干涉仪在超高真空室中的球形质量附近，我们通过探测单个原子而不是大块物质的场来减少屏蔽机制。因此，我们限制了广泛的一类暗能量理论，包括一系列的变色龙和其他理论，再现了观测到的宇宙加速。
2015-07-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Screening fifth forces in k-essence and DBI models
新的第五种力尚未在实验室或太阳系中被检测到，因此通常很难引入新的光标量场来调解这种力。近年来，许多非线性标量场理论都考虑到了一种动力学机制，如Vainshtein和变色龙理论，这种机制在实验环境中抑制了标量第五力的强度。这就是所谓的屏蔽，然而目前还不清楚在非线性标量场理论中屏蔽有多普遍。k-本质模型是非线性模型的常见研究例子，DBI是最好的激励例子，因此我们问这些非线性是否能够筛选标量第五力。我们发现，这样的模型存在一个Vainshtein样的筛选机制，但具有有限的适用性。例如，我们无法找到DBI模型的筛选机制。另一方面，我们构建了一个大类的k-本质模型，导致宇宙在最近的过去，由标量介导的第五种力可以被屏蔽的加速。
2012-09-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Fifth Force in the Local Cosmic Web
粒子物理学和宇宙学的标准模型的扩展经常导致长程第五力，其性质依赖于引力环境。第五，天体物理学尺度上的力最好在微扰理论失效的宇宙网中进行研究。我们目前的约束变色龙和carton-screened第五力与汤川耦合和megaparsec范围-以及未屏蔽的第五力与差分耦合到星系质量分量-通过搜索他们预测星系的恒星和气体之间的位移。从Alfred HI调查中获取数据，使用Desmond等人的地图识别星系的引力环境。（2018 a）和贝叶斯似然框架的前向建模，我们设置了相对于牛顿引力的第五力强度的上限，从范围$λ_C = 50$ Mpc的$ΔG/G_N < \text{few} \: \times 10^{-4}$到$λ_C = 500$ kpc的$ΔG/G_N \lesssim 0.1$。在$f(R)$重力中，这需要$f_{R0} < \text{few} \: \times \: 10^{-8}$。没有筛选的类似边界是$ΔG/G_N < \text{few} \: \times 10^{-4}$和$ΔG/G_N < \text{few} \times 10^{-3}$。这些是最严格的，也是星系尺度上仅有的第五种力的约束之一。我们展示了我们的结果如何与未来的调查数据加强，并确定了进一步的第五力测试超越太阳系的观测计划的关键特征。
2018-11-23 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Halo velocity profiles in screened modified gravity theories
屏蔽修正引力预测在特殊的速度场，使其成为一个有趣的探测宇宙尺度上测试引力潜在的大签名。利用$N$ -体模拟方法研究了对称和变色龙$f(R)$模型在特殊速度场中诱导的特征信号。通过研究第五力和晕速度分布，我们确定了三个一般类别的影响，发现在筛选修改后的重力模型：一个完全屏蔽的制度，我们恢复$Λ$ CDM高精度，一个未屏蔽的制度，第五力是在充分的操作，和，部分屏蔽制度，筛选发生在内部的一个晕，但第五力是活跃在较大的半径。这三个区域可以通过分析最大团速度的偏差非常清楚地指出。在观测上，部分屏蔽的制度是特别感兴趣的，因为一个均匀增加的引力-目前在未屏蔽的制度-是退化的（动态）晕质量估计，因此，很难检测。
2014-11-29 astro-ph.CO
Consequences of Fine-Tuning for Fifth Force Searches
光玻色场在物体之间传递长程力。如果这些场具有自相互作用，即，由于势中的非二次项，由于屏蔽（变色龙）或增强效应，对这种力的实验约束可以急剧改变。我们探讨如何在技术上自然值的自相互作用耦合常数修改现有的限制。我们指出，假设这些自然的相互作用的存在会导致新的限制，与通常的期望，筛选导致覆盖范围的差距。我们讨论了如何筛选可以从根本上把等效原则（EP）的保护力EP违反。这意味着当存在自然屏蔽时，搜索EP违规可以用来约束EP保留力。我们展示了这种效应如何使最近发现的恒星三重系统\textit{PSR J0337$+$1715}放置一个强大的约束EP保持第五力。最后，我们证明了技术上自然立方自相互作用修改的标量势的真空结构，导致新的约束自发和诱导真空衰减。
2018-12-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Dark Energy models with neutrons
宇宙学--研究无限大的科学--和粒子物理学--研究无限小的科学之间有着深刻的联系。这种联系在中子粒子物理学中尤为明显。中子的基本性质--它的电偶极矩和寿命--与早期宇宙中的重子生成和核合成交织在一起。我将在第一部分介绍这个主题，这也将作为中子物理学和大爆炸宇宙学的介绍（或者更确切地说是快速回顾）。然后，手稿的其余部分将致力于一个新的想法：使用中子探测暗能量的模型。在第二部分中，我将介绍变色龙理论：一个解释宇宙后期加速膨胀的光标量场，它与物质相互作用的方式使得宏观物体之间不会产生第五种力。然而，中子可以缓解变色龙机制，并通过适当设计的实验揭示标量场的存在。在第三部分中，我将描述最近在劳厄朗之万研究所用中子干涉仪进行的一个实验，该实验已经对变色龙理论提出了有趣的限制。最后，变色龙场可以通过测量在镜子上反弹的中子的量子态来探测。在第四部分中，我将介绍ILL的GRANIT实验的现状和前景。
2015-09-16 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Dynamical Analysis of Screening in Scalar-Tensor Theory
我们研究了标量张量理论中静态位形上球对称扰动的线性和非线性动力学，重点研究了变色龙屏蔽机制。我们特别解决两个问题：有多少的扰动可以源的第五个力时，静态背景是很好的屏蔽，以及所产生的第五个力是否可以改变的稳定性和结构的背景配置。对于线性扰动，我们推导出的傅立叶模式频率的平方的下限$ω^2$使用绝热近似。如果这个下界是负的，可能会有不稳定的模式，我们发现，不稳定的条件可以改变的第五个力，虽然这种影响是由屏蔽参数抑制。对于非线性扰动，因为我们主要感兴趣的是短波长模式的第五力可能会变得更强，我们进行了平面近似下的数值模拟。对于一个足够大的初始振幅的密度扰动，我们发现，第五力的大小可以与牛顿引力，即使当模型参数的选择，使静态背景是很好的筛选。它还表明，如果筛选是有效的静态背景下，流体动力学主要是由压力梯度，并没有显着的第五力的影响。
2021-01-09 astro-ph.CO gr-qc
Fifth force constraints from the separation of galaxy mass components
扩展粒子物理学或宇宙学标准模型的最常见后果之一是第五种力的出现。虽然一般的第五种力在太阳系尺度及以下受到严格限制，但它们可能会通过一种屏蔽机制而逃脱检测，这种机制可以有效地在密集环境中消除它们。我们约束的强度$ΔG/G_N$和范围$λ_C$的变色龙-或与Yukawa耦合屏蔽第五力-以及未屏蔽的第五力与星系质量分量的差分耦合-通过搜索它预测星系的恒星和气体质量质心之间的位移。从AlmartHI调查中获取数据，使用Desmond等人的地图识别星系的引力环境。（2018 a）和贝叶斯似然框架的前向建模，我们在$λ_C \simeq 2$ Mpc中找到了$ΔG>0$的$6.6σ$证据，其中$ΔG/G_N = 0.025$处于最大似然。一个类似的第五种力量模型，没有筛选的情况下，任何$λ_C$的$ΔG = 0$的可能性没有增加。虽然我们通过几种方法验证了这些结果，但我们并不认为屏蔽修正引力是对信号的唯一可能解释：这需要知道“星系形成”物理学不能负责。我们还显示了一个更保守的结果-虽然动机不太好-噪声模型，只产生上限$ΔG/G_N$，范围从$\sim10^{-1}$为$λ_C \simeq 0.5$ Mpc的$\sim \: \text{few} \times 10^{-4}$在$λ_C \simeq 50$ Mpc。我们将展示如何通过未来的星系调查来改善这些约束，并确定直接约束星系尺度上的第…
2018-09-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Searching for screened scalar forces with long-baseline atom interferometers
针对暗区模型中普遍存在的屏蔽标量力，提出在10米级长基线原子干涉仪中配备环形平面源质量，通过Q翻转协议和原位校准程序解决背景区分与引力隔离问题，可将相关模型现有界限提高1至1.5个数量级。
2025-11-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Halos and Voids in f(R) Gravity
本文利用高分辨率的数值模拟方法研究了稠密环境中的暗物质晕和空洞的分布，并利用变色龙机制屏蔽了稠密环境中的第五种力。对于暗物质晕，我们表明，半解析薄壳条件，与适当定义的环境，提供了一个很好的近似描述的质量和环境依赖的屏蔽晕中的第五种力量。与ΛCDM模型相比，f（R）模型由于引力的增强，出现了更多的质量晕和大空洞。在f（R）模型中，有效半径为15 Mpc/h的空洞数分别是ΛCDM的2倍和4倍|f_{R0}| = 1 e-5和1 e-4。这为使用即将到来的观测数据来测试模型提供了新的手段。我们还发现，在我们的模拟中，空洞内的晕都是未屏蔽的，这是重力测试的理想对象。
2011-11-10 astro-ph.CO
A local resolution of the Hubble tension: The impact of screened fifth forces on the cosmic distance ladder
从局部距离阶梯和宇宙微波背景得出的哈勃常数$H_0$值之间的差异提供了一个诱人的新物理学线索。我们探讨了一个潜在的解决方案，涉及在当地的宇宙，这改变了造父变星的超新星距离校准的第五种力量。特别是，如果造父变星与视差或水脉泽的直接距离测量被屏蔽，但在其他星系中的显着比例没有，忽略其潜在的周期-光度关系之间的差异偏置本地$H_0$测量高。这种差异来自造父变星脉动周期的缩短，以及在第五种力的作用下光度可能增加。我们量化的内部和环境的引力性质的Riess等。距离阶梯星系，以评估其程度的屏蔽下的一系列的现象学模型，并将此信息传播到$H_0$后作为第五力强度的函数。我们认为，在标量-张量引力理论，如变色龙，K-mouflage和Vainshtein，随着最近提出的重子-暗物质相互作用的基础上，筛选模型的研究是由当地的暗物质密度。我们发现，第五个力的强度$\sim5-30\%$，重力可以减轻（虽然没有解决）的$H_0$紧张局势在某些情况下，在敏感性水平的基础上，其他距离阶梯数据的测试可以限制这种强度。虽然我们的分析是探索性的，并根据筛选模型不一定实现完整的理论，我们的研究结果表明，新的物理为基础的本地决议的$H_0$紧张是可能的，补充那些已经知道的预重组时代。
2020-04-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fifth force constraints from galaxy warps
星系内的信号包含了大量关于基础物理学的信息，包括暗区和引力的性质。虽然到目前为止基本上还没有探索过，但随着即将进行的调查提供有关星系结构和动力学的前所未有的数量和质量数据，这些探测器的重要性将急剧上升。在本文中，我们使用翘曲的恒星盘测试变色龙或变色龙屏蔽的第五力一般出现时，新的领域耦合到物质。我们采取的r波段图像大多晚型星系从美国宇航局斯隆阿特拉斯和开发一个自动化的算法来量化的U形弯曲的程度，他们表现出。然后，我们将翘曲信号作为第五力强度$ΔG/G_N$和范围$λ_C$的函数，以及星系的引力环境和内部特性，包括非高斯不确定性的充分传播。卷积这个第五种力的似然函数与高斯描述天体物理和观测噪声，然后约束$ΔG/G_N$和$λ_C$的马尔可夫链蒙特卡罗，我们发现整体的可能性显着增加（$Δ\log(\mathcal{L}) \simeq 20$）通过添加一个筛选的第五种力与$λ_C \simeq 2$ Mpc，$ΔG/G_N \simeq 0.01$。$Δ\log(\mathcal{L})$随$λ_C$的变化在数量上与第五力场的大小与力的范围的相关性所预期的一样，并且没有屏蔽的类似模型在一般相对论情况下$ΔG=0$的可能性没有增加。虽然这些结果与之前使用星系恒星和气体质量质心之间的偏移对同一模型进行的分析（Desmond et al. 2018）非常一致，但我们警告说，必须彻底研究混淆重子…
2018-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astro- and Quantum Physical Tests of Screened Scalar Fields
一般来说，修正的引力理论是爱因斯坦的广义相对论的修正或扩展。它们中的一些在自然界中产生了额外的标量自由度。如果这些标量场存在并且足够轻，它们应该会产生一种类似引力的第五种力，原则上，这种力的强度可能超过引力。然而，基于太阳系的测试对第五种力有严格的限制。屏蔽机制是通过抑制高环境质量密度区域中的第五种力来避免这些约束的流行手段，但允许在较低密度的环境中产生现象学上有趣的效应。在这篇论文中，我们将讨论具有屏蔽机制的标量场模型，并提出一些天文和量子物理的检验。首先，我们将评估非形式耦合介子对星系引力透镜的影响。其次，它将显示如何变色龙标量场的波动诱导量子测试粒子的开放动力学。为此，从非平衡量子场论的工具将被引入，开发和应用，并推导出量子主方程。
2019-10-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Testing $f(R)$ Gravity With Scale Dependent Cosmic Void Velocity Profiles
我们研究了宇宙学尺度的广义相对论的修改的动力学晕内的空隙通过比较N体模拟纳入胡-Sawicki $f(R)$重力，与$|f_{R0}|=10^{-6}$和$10^{-5}$，那些$Λ$ CDM。通过检查径向速度统计的空洞分类的基础上，其大小和密度分布，为“上升”（$R$型）或“壳”（$S$型），我们发现，晕运动的小$R$型空洞，有效半径$<15 Mpc/h$，揭示了$f(R)$和$Λ$ CDM宇宙学之间的显着差异。为了理解这种观察到的效应，我们研究了线性和非线性第五力，并开发了一种迭代算法来精确求解非线性第五力方程。我们用它来描述变色龙筛选机制的空隙和对比的行为与引力坍缩的对象中观察到的。力分析强调了较小的$R$型空隙如何表现出第五力与牛顿力的最高比率，这导致了速度分布的明显差异，从而提供了约束重力的丰富环境。
2021-06-09 astro-ph.CO
Screened fifth forces in parity-breaking correlation functions
交叉关联两种不同类型的星系会导致关联函数中的宇称破缺，这是由于星系的性质和环境的差异。这通常与星系偏差的差异有关，描述了星系数密度和暗物质密度之间的关系，尽管观测效应，如放大偏差也起着作用。在本文中，我们表明，存在一个屏蔽的第五个力增加了额外的自由度的关联函数，描述了有效的耦合力的两个星系人口。这些也是星系环境的特性，但一般对星系偏差的依赖性不同。我们推导了宇称破缺关联函数作为第五力强度和两个种群的第五力荷的函数，并使用Hu-Sawicki $f(R)$作为变色龙屏蔽的玩具模型对结果进行了数值研究.我们发现，屏蔽引起的八极，这是在没有放大率的偏见，不存在于任何重力理论没有屏蔽，因此是一个定性的独特的签名。由于屏蔽作用，在红移$z \gtrsim 0.5$处，偶极和八极的修饰分别为$\mathcal{O}(10\%)$和$\mathcal{O}(100\%)$，但随着红移的降低而减小。在$f(R)$理论中背景功率谱的变化引起偶极子的变化，偶极子的大小大致相同，但在低$z$时对屏蔽效应起主导作用。虽然目前的数据不足以测量宇称破缺偶极子或八极子，以达到测试这些模型所需的精度，但未来的调查，如DESI，Euclid和SKA，有可能通过偶极子探测屏蔽的第五力。
2019-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Probing Modified Gravity with Atom-Interferometry: a Numerical Approach
精化约束变色龙理论计算原子干涉实验，使用数值方法，包括在解决一个四区域模型的静态和球对称克莱因-戈登方程的变色龙字段。该方法不仅模拟了试验质量和真空室，而且模拟了真空室的壁面和外部环境，从而可以探测到新的效应对原子的标量场分布和诱导加速度的影响。在弱扰动试验质量的情况下，壁的作用是增强场分布，并将室内的加速度降低一个数量级。在薄壳制度，结果被发现是在良好的协议与分析估计，当测量实现在紧邻的测试质量。靠近真空室壁时，加速度变为负值并且可能是可测量的。通过在真空室内的几个关键位置进行实验，这种预测可以用来区分第五力效应和系统实验的不确定性。对于变色龙势$V(ϕ) = Λ^{4+α} / ϕ^α$和耦合函数$A(ϕ) = \exp(ϕ/M)$，我们发现$M \gtrsim 7 \times 10^{16} \mathrm{GeV}$与幂律指数无关。对于$V(ϕ) = Λ^4 (1+ Λ/ ϕ)$，可以找到$M \gtrsim 10^{14} \mathrm{GeV}$。$a\sim 10^{-11} \mathrm{m/s^2} $的灵敏度将探测到普朗克尺度的模型。最后，第二个实验设置，在真空室，提出了一个建议。在这种情况下，只要$a \sim 10^{-10} \mathrm{m/s^2}$（未来实验可达到的极限），就可以探测$M$的普朗克值。我们的方法可以很容易地扩展到约束其他模型的…
2016-05-31 astro-ph.CO hep-ph
Accurate Computation of the Screening of Scalar Fifth Forces in Galaxies
本文通过数值求解星系中的屏蔽标量场，推导出第五力屏蔽的精确条件，证明常用二元阈值会高估现有约束，并提出更准确的屏蔽半径近似方法。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Constraining symmetron dark energy using atom interferometry
对称场是暗能量标量场最有希望的候选者之一。在所有可行的候选场论中，筛选机制的实现与现有的广义相对论的测试是一致的。屏蔽效应在量子理论中只对大块物体的薄外层有影响，在那里，在致密的材料中，场的对称性被恢复，并且不存在力。对于原子等点状颗粒，筛分的深度大于颗粒的尺寸，使得筛分机制无效，并且在原子测试颗粒上充分表现出微扰力。因此，使用原子干涉术的额外力测量比基于体质量的测量灵敏得多，并且确实对表征某些区域中的介子场的参数施加了最严格的约束。然而，在实验室测量和天体物理观测之间没有明确的直接联系，其中的约束在参数空间中相隔10个数量级。在本文中，我们提出了一个封闭形式的表达式为现实的原子实验的介子加速度。通过数值模拟的地面第五力实验，使用原子干涉验证的表达式。因此，我们显示的连接原子测量约束的天体物理的。我们还估计可达到的变色龙约束从以前提出的实验在空间中的变色龙理论的测试。原子对量子理论的约束将进一步提高数量级。
2019-11-01 astro-ph.CO physics.atom-ph
Testing sub-gravitational forces on atoms from a miniature, in-vacuum source mass
引力是最弱的基本相互作用，也是唯一一个没有在粒子水平上测量的相互作用。传统的实验方法，从天文观测到扭秤，都是用宏观质量来产生和探测引力场。物质波干涉仪已经使用中子、原子和分子团簇作为微观测试粒子，但最初探测的是来自整个地球的场。后来，用原子干涉术测量了数百公斤人造源质量产生的引力场。使源质量小型化并将其移动到真空室中可以提高定位精度，允许使用单晶源质量来改进重力测量，并测试新的物理学，例如超越标准模型（“第五”）的自然力和非经典重力效应。在这项工作中，我们检测自由下落的铯原子和真空中，厘米大小的源质量之间的引力使用原子干涉术与国家的最先进的灵敏度。感知引力-强度耦合的能力被证明是为了获得基本力的自然下限，从而代表了在标准模型之外寻找物理学的重要里程碑。一个局部的、真空中的源质量对广泛的一类相互作用特别敏感，否则这些相互作用的影响在高物质密度的区域中会被抑制到无法检测的程度。例如，我们的测量加强了对许多宇宙学驱动的标量场模型的限制，如变色龙场和量子场，超过两个数量级，并为牛顿引力常量G和引力Aharonov-Bohm效应的新测量铺平了道路
2016-12-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
