Fifth forces, Higgs portals and broken scale invariance
研究了粒子物理标准模型中第五种力的强度与尺度破缺的关系。我们从一个光的标量场开始，它通过度量的Weyl重标度共形地耦合到一个玩具SM物质扇区。在适当地规范化的领域，共形耦合标量直接与希格斯场通过动力学混合和希格斯门条款。因此，第一次，我们描述了共形耦合标量张量修改的重力和希格斯门理论的等价性，我们发现，通常的树级第五力只出现，如果有质量混合之间的共形耦合标量和希格斯场。由光标量介导的第五种力的强度取决于希格斯玻色子的质量是来自一个明确的破缺项还是一个自发的标度破缺机制。因此，太阳系对引力的测试和对第五种力的未观测有可能提供有关希格斯扇区结构及其对称性破缺起源的信息，为任何明确的标度破缺项的大小设定上限。这些结果表明，考虑如何标量张量修改的引力是嵌入在SM的扩展的现象学的重要性（无论是宇宙学和高能物理）。
2018-12-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on fifth forces and ultralight dark matter from OSIRIS-REx target asteroid Bennu
利用OSIRIS-REx任务对小行星贝努的跟踪数据，获得了对第五力和超轻暗物质的新约束，在特定介子质量范围内达到最强限制，并适用于多种模型。
2023-09-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
Fifth force induced by a chameleon field on nested cylinders
本文研究了标量第五力的性质，它出现在一个标量张量理论与变色龙屏蔽机制的重力空间任务的背景下，如显微镜实验。在这样的实验中，当圆柱体不是完全同轴时，变色龙场在实验的嵌套圆柱体内的传播会引起第五种力。我们提出了一种半解析方法来计算场分布和诱导的第五力，并将其与完整的数值模拟进行比较，在圆柱对称性被破坏的情况下。讨论了第五力与模型参数和实验几何参数的比例关系。我们发现，第五种力是排斥性的，因此增加了一个不稳定的刚度，应包括在力预算作用在检测器上。这开辟了一种新的方法来约束屏蔽模型中的标量第五力。
2020-04-17 astro-ph.CO gr-qc
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$+$1715}放置一个强大的约束EP保持第五力。最后，我们证明了技术上自然立方自相互作用修改的标量势的真空结构，导致新的约束自发和诱导真空衰减。
2018-12-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial dark matter halos from fifth forces
我们认为，原始暗物质晕可能是在辐射支配期间由比重力更强的远程吸引力产生的。在本文中，我们推导出的条件下，这些结构可以支配宇宙的暗物质的内容，同时通过微透镜的约束和宇宙微波背景能量注入的界限。暗物质粒子会聚集在太阳质量范围内的物体中，其典型尺寸相当于太阳系的数量级。直接寻找暗物质的结果是重要的。
2019-10-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Revisiting fifth forces in the Galileon model
伽利略场是一个服从非相对论性伽利略不变性的时空推广的场。这样的场可能具有非正则的动力学项，但存在具有明确定义的柯西问题的无幽灵理论，使用有限数量的相关算子构建。这个标量与物质的相互作用被Vainshtein效应所隐藏，导致伽利略子在重源附近变得弱耦合。我们重新估计介导的伽利略场的第五力，并表明，模型的参数是由实验比以前假设的约束。
2010-09-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial black holes from fifth forces
原初黑洞可以由远距离的比引力更强的第五种吸引力产生，由光标量场与非相对论性“重”粒子相互作用介导。一旦重粒子的能量分数达到一个阈值，波动就迅速变得非线性。超密度坍缩成黑洞或类似的屏蔽物体，而不需要暴胀过程中产生的原始密度波动谱中的任何特定特征。我们讨论这样的原始黑洞是否可以构成宇宙中的全部暗物质成分。
2018-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Listening to dark sirens from gravitational waves:\it{Combined effects of fifth force, ultralight particle radiation, and eccentricity}
本文详细推导了在一般偏心开普勒轨道上，存在第五种力和超轻粒子辐射时，紧致双星系统的轨道周期损失。我们从紧双星系统的轨道周期衰减中得到了第五力强度$α\lesssim 1.11\times 10^{-3}$的约束。从轨道周期损失出发，导出了超轻标量$(g_S\lesssim 3.06\times 10^{-20})$和矢量$(g_V\lesssim 2.29\times 10^{-20})$粒子的规范耦合约束，并且在第五种力$(α=0.9)$的存在下，约束变得更强.此外，我们还得到了在第五种力和轴子辐射共同作用下，轴子轨道周期衰减时，轴子衰减常数$(7.94\times 10^{10}~\rm{GeV}\lesssim f_a\lesssim 3.16\times 10^{17}~\rm{GeV}, α=0.9)$的约束条件。我们还实现了对来自GW 170817的第五力$(α\lesssim 0.025)$和辐射$(β\lesssim 10^{-3})$的强度的约束。对新力参数的约束取决于初始偏心率的选择，我们将其包括在我们的分析$(ε_0=10^{-6}, 0.1)$中。我们做的模型独立的估计捕获的暗物质的质量分数的二元系统。最后，我们得到了由于Brans-Dicke介导标量和Nordtvedt效应$(ω_{\rm{BD}}>75858)$对双星系统$(ω_{\rm{BD}}>26…
2023-02-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Quantum corrections to symmetron fifth-force profiles
Department of Physics and Astronomy, University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文系）
本文研究了非线性标量-张量引力理论中对称子第五力的量子修正，探讨其在局部实验中可能被屏蔽的特性，并指出某些参数下对称子力可能弱于经典预测。
2026-04-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
When Tiny Halos Stir Spacetime: Gravitational Waves from Fifth-Force Mergers
本文研究暗物质费米子经第五力形成早期晕双星，其并合产生独特引力波信号，为探测自相互作用暗物质提供新途径。
2025-10-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Radial acceleration relation from symmetron fifth forces
我们表明，旋转支持星系的径向加速度关系可以解释，在没有冷暗物质的情况下，由一个非最小耦合标量场，其第五力部分屏蔽在星系尺度上的玻色子机制。此外，我们表明，足够的能量存储在介子场来解释星系盘的动力学稳定性。
2017-05-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
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
Screening the fifth force in the Horndeski's most general scalar-tensor theories
我们研究如何在最一般的标量张量理论与二阶运动方程的Vainshtein机制。场的运动方程一般是在具有物质源的球对称时空中导出的，它也适用于文献中提出的大多数其他屏蔽方案。在存在场耦合的Ricci标量，我们澄清条件下，Vainshtein机制是在工作中的弱引力背景。我们还获得了一个球对称体内部的场方程的解决方案，并展示了它们如何可以连接到外部解决方案，容纳Vainshtein机制。我们将我们的一般结果应用到一些具体的模型，如协变/扩展Galileons和DBI Galileons与高斯-博内和其他条款。在这些模型中，第五种力可以被抑制，以符合太阳系的约束条件，只要耦合到爱因斯坦张量的非线性场动力学项不占主导地位，其他非线性场自相互作用。
2013-08-30 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
Dark energy fifth forces in torsion pendulum experiments
变色龙标量场是一种物质耦合的暗能量候选者，其非线性自相互作用在实验室尺度上部分屏蔽了它的第五种力。然而，像扭摆这样的小规模实验可以对变色龙模型提供强有力的约束。在这里，我们开发了一个简单的近似计算变色龙第五力扭摆实验，如Eot-洗。我们表明，我们的近似同意以及公布的四次变色龙的限制，我们用它来扩展这些限制到更广泛的模型。最后，我们预测了下一代Eot-Wash实验将产生的限制，并表明该实验将排除广泛的量子稳定模型。
2012-10-22 astro-ph.CO hep-ph
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
Fifth forces and discrete symmetry breaking
对广义相对论的修正经常涉及到将额外的标量场耦合到里奇标量上，从而导致了Brans-Dicke类型的标量张量理论。如果附加的标量场是轻的，它们可以产生长程第五力，这受到来自局部重力测试的严格限制。在这次演讲中，我们表明，汤川第五力只出现在标准模型（SM）由于质量混合的额外标量与希格斯场，我们强调的关键作用所发挥的离散和连续的对称性破缺。非常值得注意的是，如果我们假设自然界中存在足够轻的、非最小耦合的标量场，那么第五种力的不可观测性就有可能告诉我们SM希格斯扇区的结构及其对称性破缺的起源。此外，通过这些观察，我们认为某些类别的标量张量理论，直到并包括他们的四维算子，相当于希格斯门户理论。这样，超轻暗物质模型也可能表现出第五力现象，我们认为对盘星系的动力学的影响作为一个例子。
2019-03-22 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Novel constraints on fifth forces and ultralight dark sector with asteroidal data
本研究首次利用9颗近地小行星的天体测量数据，通过轨道进动探测长程第五种力，在超轻质量区得到与等效原理检验相当的灵敏度并给出汤川引力新约束，展望了扩展到更多天体的研究前景。
2023-07-03 astro-ph.CO astro-ph.EP gr-qc
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
A New Probe of Dark Matter-Induced Fifth Force with Neutron Star Inspirals
轻标量暗物质（DM）是允许在广泛的质量和相互作用类型。我们表明，光标量DM可能会探测到一种新的方式从最后几年的中子星（NS）的二进制inspirals。如果DM与中子相互作用，其在背景中的长波相干性可以引起时间振荡的质量漂移，这是双星螺旋固有的敏感性。但是，在宽带$f \simeq 0.01-1000$ Hz的长达一年的最高频率测量期间，发现大量的引力波（GW）周期显着增强了灵敏度。未来的宽带探测器网络包括LIGO波段探测器，可以探测光标量DM的无约束参数空间。
2019-01-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining Fifth Forces using the Local Distance Ladder: Implications for the Hubble Tension
通过分析第五力对局部距离阶梯的影响，研究发现第五力被强烈约束，哈勃常数仍保留张力，表明局部距离阶梯校准未改变。
2025-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Quantum Stability of Chameleon Field Theories
变色龙标量场是暗能量的候选者，它通过变大质量来抑制宇宙高密度区域的第五种力。我们考虑变色龙模型作为有效场论，并估计其潜力的量子修正。要求量子修正是小的，以便允许第五力的可靠预测，导致引力强度耦合的上限$m < 0.0073 (ρ/ 10 {\rm g\, cm}^{-3})^{1/3}$ eV，而第五力实验放置的下限$m>0.0042$ \，eV。在第五力实验的范围内，如果改进不到2倍，就可以检验所有经典的变色龙场论，这些场论的量子修正得到了很好的控制，并且与具有接近引力强度的物质耦合，而不管变色龙势的具体形式如何。
2012-06-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A general study of chameleon fifth force in gravity space experiments
本文研究的轮廓的标量场的标量张量理论的变色龙机制的背景下，重力空间任务，如显微镜实验。它分析了具有逆幂律势的模型的实验情况，这种势原则上可以在卫星内部产生第五种力，因此可以被检测到或受到约束。由于标量场的质量取决于局部物质密度，因此标量场的屏蔽主要取决于理论参数（与物质的潜在和非最小耦合）和卫星的几何形状。我们计算的标量场在1-，2-和3-维卫星配置，而不依赖于厚壳或薄壳近似的标量场的轮廓。特别是，我们考虑典型的几何形状与嵌套的圆柱体，这是接近显微镜的设计。在这种情况下，我们评估卫星内部测试体上相应的第五个力。这一分析澄清了先前关于变色龙力可通过空间实验探测的说法。
2019-07-24 astro-ph.CO gr-qc
Evidence for the Fifth Element Astrophysical status of Dark Energy
10年前哈勃图所揭示的遥远Ia型超新星加速膨胀的证据代表了基础物理学和宇宙学的一次重大现代革命。对于引力在大尺度上变得相斥这一事实的解释，究竟是应该在广义相对论中找到，还是应该在一个新的引力理论中找到，目前还不清楚。然而，这种加速的现有证据都来自天体物理观测。在接受对基础物理学的重大修订之前，批判性地审视天体物理学观测的现状及其解释中可能存在的局限性是很有趣的。在这篇评论中，主要的各种观测探测器以及解释它们的框架，特别注意复杂的天体物理学和理论假设，可能会限制实际证据的加速膨胀。即使用怀疑的眼光审视，宇宙加速膨胀的证据也是强有力的。对它的起源的调查似乎是现代物理学最迷人的挑战。
2010-06-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Unscreened multipole moments of the fifth force in the EFT of dark energy
Rikkyo University（立教大学）
研究暗能量EFT中瓦因施泰因机制在非球对称下的作用，通过假设非球对称偏差小，计算非球源引力势多极矩，发现一般情况下第五种力多极矩未被屏蔽，特殊情况也不足以屏蔽第五种力。
2026-07-13 astro-ph.CO gr-qc
Unveiling dark fifth forces with linear cosmology
本研究针对仅作用于暗物质的暗第五种力，通过线性宇宙学框架分析其背景与扰动演化效应，结合CMB和BAO数据得到迄今最强的力强度约束，并探讨其对哈勃张力等问题的意义。
2025-11-18 astro-ph.CO hep-ph
Dark Energy From Fifth Dimensional Brans-Dicke Theory
本文采用诱导物质理论的方法，研究了五维Brans-Dicke理论的宇宙学意义，并提出了解释宇宙加速的理论。在四维超曲面中引入能量-动量张量，将其分为两部分，一部分代表所有的物质（重子物质和暗物质），另一部分包含了第五维标度因子和标量场所产生的所有额外项，我们将其视为暗能量的能量-动量张量。我们还将能量动量守恒方程分解为两个守恒方程，一个是物质守恒方程，另一个是暗能量守恒方程。我们执行此程序的不同情况下，没有相互作用的条款和两个特定的（合适的）相互作用的条款之间的两个部分。假设暗能量状态方程的参数为常数，模型的方程允许幂律解。虽然，非相互作用的情况下不给任何加速宇宙，但相互作用的情况下，既给减速和加速宇宙。在相互作用的情况下，我们解析地给出了模型中某些参数的可接受范围，并进行了数据分析，检验了模型参数值与Union2.1中580 SNe Ia距离模观测数据的一致性。对于其中一种相互作用情况，最佳拟合值表明Brans-Dicke耦合常数（ω）为-7.75，然而，它也给出了暗能量的状态参数（wX）等于-0.67。此外，该模型给出了哈勃和减速参数在目前的H 0 = 69.4（km/s）/Mpc和q 0 = -0.38（在其置信区间内），其中第五维的比例因子随着时间的推移而缩小。
2013-07-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
DM haloes in the fifth-force cosmology
我们研究了长程标量相互作用如何影响暗物质晕的性质。为了做到这一点，我们采用ReBEL模型，实现了额外的暗物质粒子之间的相互作用。在现象学层面上，这相当于引力的修正。我们利用一系列高分辨率的宇宙学模拟分析了五个ReBEL模型和$Λ$ CDM模型之间的差异。重点放在调查如何晕属性的变化存在的第五种力量。我们报告说，ReBEL晕的密度分布很好地描述了NFW的配置文件，但从$5\%$的平均浓度比标准的$Λ$ CDM值高几倍。我们还发现了一个轻微的增加晕自旋的晕更大规模比$5\times10^{11}\M_{\odot}$，反映了更高的旋转支持这些晕由于标量力。此外，我们模型中的暗物质晕比$Λ$ CDM模型中的暗物质晕更接近球形。ReBEL晕也更维里化，与$Λ$ CDM有很大的差异，对于强第五力和弱标量相互作用的变化要小得多。
2014-03-26 astro-ph.CO hep-th
The Hubble tension and fifth forces: a cosmic screenplay
本文研究第五力对宇宙距离阶梯和哈勃常数测量的影响，发现多种有效模型能以较高概率缓解哈勃常数危机，为深入探索修正引力理论提供动力。
2023-09-04 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Screened Fifth Forces Mediated by Dark Matter-Baryon Interactions: Theory and Astrophysical Probes
我们推导了一种新的屏蔽机制的细节，该机制可以根据局域暗物质密度来屏蔽重子和暗物质的相互作用。在这个机制中，牛顿常数的值与暗物质的密度有关，这使得在密度小于银河系的星系中，天体物理现象可能会非常不同。参数化后牛顿参数$γ$，量化运动学和透镜探针之间的差异，也取决于暗物质密度。我们计算了不同的$G$对恒星演化的各个阶段的影响，专注于影响宇宙学的观测值：造父变星周期-光度关系和超新星Ia星等-红移关系。其他潜在的测试模型也进行了研究，包括主序星，主序星后，和低质量的矮星。最后，我们讨论了如何银河系外的测试$γ$可以提供补充约束。
2020-04-06 astro-ph.CO gr-qc
Screened fifth forces lower the TRGB-calibrated Hubble constant too
局部距离阶梯测量的哈勃常数需要在低红移的几何距离之间的连接和Ia型超新星在哈勃流，这可能是通过造父变星的周期-光度关系或光度的尖端红巨星分支（TRGB）功能的赫兹斯普林-罗素图。任何通过改变距离阶梯来解决哈勃张力的潜在方案都必须使造父变星和TRGB $H_0$校准与CMB保持一致。在本文中，我们扩展了我们的屏蔽第五力模型（Desmond et al 2019），以涵盖TRGB框架。第五种力量降低了TRGB的光度，因此推断的$H_0$的减少要求校准光度的恒星--目前在LMC--平均比校准超新星星等的恒星更少被屏蔽。我们表明，即使在悲观的假设灭绝的LMC，完全符合普朗克可以实现第五个力的强度在未屏蔽的RGB星$\sim$ 0.2牛顿引力。这是通过比较造父变星和TRGB与附近星系的距离测量所允许的。我们的研究结果表明，Desmond et al（2019）的框架比最初证明的更通用，能够改善第二战线上的哈勃张力。
2020-06-26 astro-ph.CO astro-ph.SR gr-qc
Sub-eV scalar dark matter through the super-renormalizable Higgs portal
标准模型的希格斯门提供了通过超重整化算子$ϕ(H^\dagger H)$耦合到非常轻的标量场$ϕ$的机会。这就允许存在一种非常轻的标量暗物质，它与标准模型粒子有相干相互作用，但其质量不受辐射修正的影响。我们分析随之而来的第五力测量的约束，随着宇宙学的要求。我们发现，第五种力的可检测水平可以在低暴胀尺度的模型中实现，并在$ϕ$的初始偏差从其最小值进行一定量的微调。
2010-04-07 astro-ph.CO gr-qc 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
Experimental demonstration of a fifth force due to chameleon field via cold atoms
我们用冷原子实验测试了第五种力。宇宙的加速膨胀意味着可能存在一个遍布宇宙的标量场来驱动加速。这个场将导致正常物质物体之间的可检测力。变色龙场理论指出，在源物体表面附近的薄壳中，力应该很强，但在源物体的内部和外部，力应该被大大抑制。我们使用两个原子云：一个作为源，另一个作为测试质量，所以测试质量可以通过源质量的薄壳区域。我们探测到了变色龙力，得到了物质与场的耦合常数约为4.5E ~（11）。变色龙力在短距离上比牛顿引力大得多;相互作用范围足够短，可以满足所有偏离广义相对论的实验界限。
2017-02-10 astro-ph.CO physics.atom-ph
Searching for a Fifth Force with Atomic and Nuclear Clocks
我们考虑一般类的理论，其中有一个新的超轻标量场，调解违反等效原理，长程力。在这样一个框架中，太阳和地球作为标量场的源，导致潜在的可观察到的位置依赖于原子和核光谱的影响。我们确定了当前和下一代原子和核时钟对这些影响的敏感性，并将结果与现有的实验室和天体物理学对违反第五力的等效原理的约束进行了比较。我们表明，在未来，在实验室中的原子和核钟的频率的年度调制所造成的地球绕太阳的轨道偏心率可能会提供最敏感的探针这类一般的等效原理违反理论。通过将一个精密的时钟放置在绕地球的偏心轨道上，并寻找频率的时间变化，可以获得更高的灵敏度，就像在反常红移实验中所做的那样。特别是，基于当前时钟技术的异常红移实验已经对第五种力具有敏感性，这些力主要与电子耦合，与现有限制大致相同。我们的研究提供了定义明确的敏感性目标，以便在设计这些实验的未来版本时瞄准。
2022-09-02 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
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
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
Constraints on hidden gravitons from fifth-force experiments and stellar energy loss
我们研究了与新的自旋2粒子相关的不同唯象特征。这些新的自由度，我们称之为隐藏引力子，出现在不同的高能理论中，如额外维度模型或广义相对论的扩展。在低能量下，隐藏的引力子一般可以用菲尔斯-泡利拉格朗日量来描述。它们的现象学由两个维度的常数参数化：它们的质量和它们的耦合强度。在这项工作中，我们分析了两组不同的约束。一方面，我们研究了太阳系尺度和实验室尺度上的平方反比定律的潜在偏差。为了扩大规模的限制，实验室探测器是没有竞争力的，我们还研究天体物理对象的后果。我们详细分析了可能发生在恒星内部的过程，并导致隐藏的引力子的排放，就像一个额外的能量损失源。
2017-06-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Chameleon Field in a Spherical Shell System
研究了第五种力屏蔽机制对高度非均匀密度剖面中变色龙场的有效性。为了简单起见，我们考虑一个静态和球对称系统，它是由同心无限薄壳。我们计算的第五力的轮廓，通过使用一个相对较大的康普顿波长的变色龙场的数值方法。一个近似的解决方案也来自小康普顿波长限制。我们的研究结果表明，如果满足相应的平滑密度分布的薄壳条件，第五个力是安全的屏蔽系统外，无论系统内的壳的配置。与系统外的屏蔽相反，我们发现第五种力可以与系统内的牛顿引力相媲美。如果系统是高度不均匀的，变色龙场不能跟踪随密度变化的势能最小值，并且重复被踢，爬上和滚下的潜力，即使变色龙场的有效质量在系统中足够大的平均。当我们考虑非均匀物体时，我们不应该对具有平均密度分布的第五力场的良好性感到自满。
2018-10-21 astro-ph.CO gr-qc
Vector Fuzzy Dark Matter, Fifth Forces, and Binary Pulsars
我们研究的长期影响，振荡的背景超轻（模糊）宇宙学矢量场的动力学的二元系统，这种影响出现时，该领域和二进制的共振。我们首先考虑场和系统之间的引力相互作用，并用振荡的背景标量场量化主要的差异。如果这样一个领域的能量密度是足够大的，如所需的，如果它应该是所有的暗物质，我们表明，长期的影响可能会产生潜在的可观察到的签名在高精度的到达时间测量的二进制双星。然后，我们分析了长期的影响时，出现的领域是直接耦合到机构的二进制。我们表明，这项研究是特别相关的模型，模糊暗物质介导重子力$B$（或$B-L$，与$L$轻子数），由于恒星的核子量存在于恒星。我们从当前数据中获得的约束条件已经与等效原理的实验室测试具有竞争力（甚至更具约束力）。
2018-07-27 astro-ph.CO hep-ph
The Misalignments between Matter and Galaxy Distributions in Triaxial Clusters: A Signature of a Possible Fifth Force?
基于LCDM宇宙学的标准结构形成模型预测，星系团具有三轴形状，并且由于引力潮汐效应，星系团星系具有优先位于主星系团暗物质分布主轴上的强烈倾向。三轴星系团中暗物质与星系分布之间的相关性对初始宇宙学参数和星系偏差不敏感，因此可以为LCDM宇宙学的非线性结构形成提供一个独特的实验平台.最近，Oguri等人利用二维弱透镜剪切拟合方法对星系团中暗物质的分布进行了强有力的测定，结果表明星系团星系分布的取向与强有力测定的基础暗物质分布的取向只有很弱的相关性，这与基于LCDM的预测相反。利用Bootstrap方法和广义卡方统计量，对观测结果和基于LCDM的Millennium Run模拟结果进行了再分析和定量比较。在99%的置信水平下，排除了观测结果与基于LCDM的预测一致的假设。由暗能量和暗物质之间的非最小耦合引起的局部第五力可能是观测到的三轴星系团中暗物质和星系分布之间的不对准的原因。
2010-08-27 astro-ph.CO gr-qc
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
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
Screening fifth forces in generalized Proca theories
对于具有导数自相互作用的大质量矢量场，规范不变性的破坏允许除了两个横模之外还传播一个纵模。我们考虑广义Proca理论与二阶运动方程在弯曲的时空和研究如何纵向标量模式的矢量场引力球对称背景。我们明确地表明，三阶自相互作用导致通过Vainshtein机制的纵向模式的抑制。如果相互作用的无量纲耦合不可忽略，这种屏蔽机制就足够有效，可以对引力势进行微小的修正，这与太阳系的引力测试是一致的。我们还研究了与Ricci标量的非最小导数耦合的存在下的四次相互作用，并找到了纵模完全消失的解的存在性。最后，我们讨论的情况下，四次相互作用的效果占主导地位的三次之一，并表明，当地的重力约束下，可以满足一个温和的约束的参数的理论。
2016-05-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Stellar kinematics from the symmetron fifth force in the Milky Way disk
研究表明，产生第五种力的非最小耦合标量场的存在可以显著地改变星系尺度上的动力学。这样的第五种力必须在太阳系中被屏蔽，但如果不被屏蔽，它可以作为非重子物质的一个组成部分具有类似的观测效果。我们认为这种可能性的上下文中的垂直运动的本地恒星在银河系盘的重构方法用于测量本地密度的暗物质。通过尝试测量支撑垂直速度所需的介子场的性质，我们可以将其作为修正引力理论进行检验，并了解星系中屏蔽标量场的行为。特别地，这种相对简单的设置允许针对模型参数求解介子场分布，其中运动的运动方程变得高度非线性并且难以在其他上下文中求解。我们更新了现有的太阳系的限制，这种情况下，并找到一个区域的参数空间尚未排除，可以解释本地恒星的垂直运动的高度为1千秒差距。在更高的高度，由于介子场分布的力表现出一个特征性的翻转，这将使模型与暗物质晕区分开来。
2018-09-17 astro-ph.CO
Screening fifth forces in scalar-vector-tensor theories
本文在标量-矢量-张量理论中提出并验证了一种基于矢量场自相互作用及标量-矢量-曲率相互作用的筛选机制，证明其能抑制额外纵向模式传播且满足太阳系约束。
2024-03-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Clarifying spherical collapse in coupled dark energy cosmologies
球形坍缩模型常被用来跟踪超密度到非线性区域的演化。我们描述了正确的方法，用于耦合暗能量宇宙学，第五种力，不同于重力和介导的暗能量标量场，影响崩溃。我们直接从非线性流体动力学纳维-斯托克斯方程中推导出球形坍缩描述。通过与相应的相对论方程的比较，我们指出了在球坍缩图象中应如何考虑第五种力，并澄清了在球坍缩图象中考虑非均匀标量场时所出现的问题.然后，我们应用我们的方法的情况下，耦合的quintessence，其中第五力之间的冷暗物质粒子的行为，并不断增长的中微子quintessence，其中第五力之间的中微子行为。此外，我们回顾这种方法时，适用于标准的宇宙学和应用我们的分析，以最小耦合quintessence和检查过去的结果，早期的暗能量parametriations。
2010-11-12 astro-ph.CO
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
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
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
Screening the Higgs portal
通过希格斯门耦合到物质的光标量场介导了长程第五力。我们展示了如何混合的光标量与希格斯场可以导致这第五力被屏蔽周围的宏观物体。这种行为只能通过把两个标量场都看作是动力学的才能看到，如果不考虑希格斯场和标量场之间的混合，就会错过。我们解释在哪些条件下天真的“整合”程序失败，即当希格斯标量系统的质量矩阵有一个几乎为零的质量特征值。在存在物质的情况下，场空间中由此产生的平坦方向可以以二次阶提升，并且当引力物体足够大或者它们的表面牛顿势超过阈值时，由希格斯门介导的第五种力可以被屏蔽。最后，我们讨论了这些结果的影响，近无质量弛豫模型。
2021-02-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Searching for dark energy with the Sun
基于真实自由度的广义相对论（GR）的广义扩展预测了在大质量物体中起作用的第五种力，这为在恒星尺度上进行重力精确测试提供了一个令人兴奋的机会。在这里，我们以暗能量的一般标量张量理论为重点，利用太阳作为实验室，寻找第五种力对太阳平衡结构的影响。通过分析结果和数值模拟，我们解释了不同的太阳区域如何提供强大的方法来测试重力。考虑到第五种力和太阳微观物理学（如不透明度，扩散，状态方程和金属丰度）之间的微妙相互作用，我们证明了第五种力仍然在太阳声速上留下了尖锐的签名，在一个简单估计输入物理不确定性变得可以忽略不计的区域。对于一般标量场扩展GR，被称为（U-）DHOST，仅基于观测日震误差，我们的分析在平衡水平允许放置一个近似的约束在$2σ$的$-10^{-3} \lesssim \mathcal{Y} \lesssim 5\cdot 10^{-4}$的第五力耦合强度。这一结果改善了以前的恒星约束的$\sim 3$数量级，并应确认和改进未来的日震反演在修改重力结合一个精心核算的理论不确定性。我们的分析可以应用到一系列广泛的理论超越GR，也铺平了道路日震分析在这种情况下。在这方面，我们讨论了如何太阳辐射和对流区可以作为有前途的实验室来测试通用的引力理论。
2022-05-27 astro-ph.CO astro-ph.SR gr-qc
