Space test of the Equivalence Principle: first results of the MICROSCOPE mission
弱等效原理（weak equivalence Principle，WEP）是广义相对论的基础，它指出两个不同成分和/或质量的物体在引力场中以相同的速度下落（自由降落的普遍性）。显微镜任务的目标是通过在绕地球的准圆形轨道上使用两种不同成分（钛和铂合金）的质量来测试其有效性，精度达到$10^{-15}$，比当前的地面测试高两个数量级。这是通过测量加速度来实现的，加速度是从保持两个质量完全在同一轨道上所需的力推断出来的。在定义的频率下，测量到的加速度之间的任何显著差异都将对应于违反WEP的检测，或者发现一种微小的新型力添加到重力中。显微镜的第一个结果没有显示出这种差异的迹象，用钛和铂对材料的Eötvös参数$δ(Ti,Pt)=[-1\pm{}9{\rm (stat)}\pm{}9{\rm (syst)}] \times{}10^{-15}$（均为1 $σ$不确定度）表示。这一结果是在120次轨道旋转中获得的，占整个飞行任务期间获得的现有数据的7%。1个$σ$不确定性的二次组合导致$δ$的电流限值约为$1.3\times{}10^{-14}$。
2019-09-23 astro-ph.IM gr-qc physics.space-ph
Determination of the Equivalence Principle violation signal for the MICROSCOPE space mission: optimization of the signal processing
显微镜空间飞行任务旨在以$10^{-15}$的精度检验等效原理。该测试是以无阻力微型卫星上的差分静电加速计提供的精确测量为基础的，该卫星包括两个圆柱形测试质量，置于同一引力场下，由不同材料制成。该实验包括测试施加在质量上的静电加速度的相等性，以使它们在已知的频率下保持相对静止。这种高精度的实验只与非常小的扰动兼容。然而，混叠产生于测量的有限时间跨度，并且被测量损耗放大。这些影响扰乱了测量分析。数值模拟已经运行，以估计在EP违规频率上的任何频率的扰动的贡献，并测试其与任务规范的兼容性。此外，不同的数据分析程序已被认为是选择一个最小化这些影响，考虑到有关的频率的不确定性的牵连信号。
2017-07-25 astro-ph.IM gr-qc
New test of Lorentz invariance using the MICROSCOPE space mission
我们使用的数据从T-SAGE仪器上的MICROSCOPE空间任务搜索洛伦兹违反所描述的物质重力耦合的洛伦兹违反标准模型扩展（SME）系数$(\bar{a}_\text{eff})_μ^w$，其中（$μ= T,X,Y,Z$）和（$w = e,p,n$）的电子，质子和中子。这些系数的非零值的现象学后果之一是，不同组成的测试物体在外部引力场中的下落不同。这类似于对自由降落普遍性的“标准”测试，但具有取决于地球轨道速度和旋转的特定特征。我们分析了来自MICROSCOPE的五次测量会议的数据，发现没有证据表明存在这种签名，但对SME系数的线性组合设置了限制，这些线性组合使以前的最佳结果提高了一到两个数量级。此外，我们的独立线性组合与以前的不同，这增加了可用约束的多样性，为各个系数的完全去相关铺平了道路。
2019-12-06 gr-qc physics.space-ph
Dealing with missing data: An inpainting application to the MICROSCOPE space mission
缺失数据是实验物理和观测物理中的一个常见问题。它们可能是由各种来源引起的，无论是仪器的饱和，还是外部事件的污染，或者数据丢失。特别是，当人们试图在傅立叶空间中表征有色噪声主导的信号时，它们可能会产生灾难性的影响，因为它们会产生频谱泄漏，从而人为地增加噪声。因此，重要的是要考虑它们或在例如待表征的信号的最小二乘拟合之前对其进行校正。在本文中，我们提出了一个应用程序的{ \it修复}算法模拟显微镜数据; { \it修复}是基于稀疏性假设，并已被用于各种天体物理学的背景下，显微镜是法国航天局的任务，其发射预计在2016年，其目的是测试弱等效原则下降到$10^{-15}$水平。然后，我们探索{ \it inpainting}依赖于间隙的数量和缺失值的总分数。我们表明，在最坏的情况下，重建缺失值与{ \it修复}后，最小二乘拟合可以让我们显着测量一个$1.1\times10^{-15}$等效原则违反信号，这是足够接近的显微镜的要求，实现{ \it修复}在官方显微镜数据处理和分析管道。与先前发布的KARMA方法一起，{ \it inpainting}将使我们能够独立地表征和交叉检查等效原则违反信号检测到$10^{-15}$级别。
2015-12-01 astro-ph.IM gr-qc
Dealing with missing data in the MICROSCOPE space mission: An adaptation of inpainting to handle colored-noise data
MICROSCOPE太空任务于2016年4月25日发射，旨在以10^-15的精度测试弱等效原理（WEP）。为了达到这种性能，需要一种准确和鲁棒的数据分析方法，特别是因为可能的WEP违规信号将由强有色噪声主导。一个重要的复杂性是由于某些值会丢失-因此，测量的时间序列不会严格定期采样。这些缺失的值引起频谱泄漏，显著增加了傅立叶空间中的噪声，在那里寻找WEP违规信号，从而使科学回报复杂化。最近，我们开发了一种修复算法来纠正MICROSCOPE数据的缺失值。该代码已集成在官方MICROSCOPE数据处理管道中，因为它使我们能够在惯性卫星配置中以模型无关的方式显着测量等效原理违反（EPV）信号。在这项工作中，我们提出了几个改进的方法，现在可以让我们达到惯性和自旋卫星配置的显微镜的要求。主要的改进已经获得了使用先验的有色噪声的功率谱，可以直接从不完整的数据。我们发现，在用这种新算法重建缺失值后，最小二乘拟合可以使我们在惯性模式下以0.96x10^-15的精度和在自旋模式下以1.2x10^-15的精度显著测量EPV信号。虽然，本文中提出的修复方法已被优化的显微镜数据，它仍然足够一般的时间序列中的缺失数据的一般情况下，由一个未知的有色噪声占主导地位。改进后的修复软件名为ICON，可在http://www.cosmostat.org/software/icon上免费获得。
2016-12-16 astro-ph.IM gr-qc
Constraints on chameleon gravity from the measurement of the electrostatic stiffness of the MICROSCOPE mission accelerometers
这篇文章致力于使用显微镜任务的数据来检验引力的变色龙理论。我们利用技术会议的优势，旨在表征MICROSCOPE仪器固有的电容测量系统的静电刚度。预期刚度和实测刚度之间的任何差异可能是由于未考虑的贡献因素（即额外力）造成的。这项工作认为变色龙引力的情况下，作为一个可能的贡献者。以前的研究表明，在类似于这些测量会话的情况下，变色龙第五力出现，并作为小位移的刚度。在变色龙的参数空间上计算刚度的这个新分量的大小。它允许我们通过排除任何与显微镜数据不一致的力来导出约束。正如预期的那样--由于显微镜不是为这种分析而设计的--这些新的界限与最先进的约束条件不具有竞争力，但是可以通过更好地估计这些会话中的所有影响来改进它们。因此，我们的工作说明了这种新的技术作为一种新的方式来约束第五力。
2021-01-29 gr-qc
MICROSCOPE Mission scenario, ground segment and data processing
测试弱等效原理（WEP）的精度为$10^{-15}$需要大量的数据，这些数据对最终结果有足够的信心：理想情况下，测量时间越长，对统计噪声的抑制越好。科学会议最多持续120个轨道，定期重复并间隔开，以适应操作限制，但也是为了在不同条件下重复实验，并留出时间校准仪器。在2.5年的实验期间进行了几次科学会议。本文的目的是描述如何产生的数据的基础上的任务情景和数据流过程中，由科学目标和业务约束之间的权衡。这次飞行任务由法国国家空间研究中心领导，该中心提供卫星、发射和地面操作。地面部分由法国空研中心和国家航空航天研究和探索局负责。法国国家空间研究中心通过Centre d'Expertise de Compensation de Traumnée（CECT：无阻力专门知识中心）提供原始数据。这项科学研究由蔚蓝海岸天文台牵头，法国国家天文台研究所负责数据处理。后者还提供了仪器和显微镜科学任务中心。
2022-01-26 astro-ph.IM gr-qc physics.app-ph
The MICROSCOPE mission: first results of a space test of the Equivalence Principle
根据弱等效原理，所有物体在引力场中应以相同的速率下落。MICROSCOPE卫星于2016年4月发射，旨在通过测量将两个测试质量（钛和铂合金）完全保持在同一轨道上所需的力来测试其在$10^{-15}$精度水平上的有效性。一个非零的结果将对应于对等效原理的违反，或者对应于一种新的长程力的发现。第一个数据的分析给出了表征其自由落体加速度相对差异的钛-铂Eötvös参数的$δ\rm{(Ti,Pt)}= [-1 \pm 9 (\mathrm{stat}) \pm 9 (\mathrm{syst})] \times 10^{-15}$（1 $σ$统计不确定性）。
2017-12-06 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Regression analysis with missing data and unknown colored noise: application to the MICROSCOPE space mission
ONERA - The French Aerospace Lab（法国航空航天实验室）；Geoazur (UMR 7329), Observatoire de la Cöte d’Azur（蔚蓝海岸观测站）
针对有色噪声下数据间隙导致线性回归精度下降的问题，提出基于噪声自回归拟合的回归方法，在MICROSCOPE任务模拟测试中精度较普通最小二乘法提升60倍，还可提供测量不确定性的显著性检验。
2015-03-04 astro-ph.IM gr-qc
Gaussian regression and power spectral density estimation with missing data: The MICROSCOPE space mission as a case study
针对具有缺失数据和未知功率谱密度（PSD）平稳残差的时间序列，提出了一种高斯回归方法。在泛克里格法中，基于完全数据协方差的循环近似，通过其条件期望有效地估计缺失数据。在利用噪声的自回归拟合进行初始化之后，以类似于期望条件最大化算法的方式执行估计/重建步骤的几次迭代，直到回归和PSD估计的收敛。可以对任意PSD执行估计，只要它足够平滑。该算法是在MICROSCOPE空间任务的框架内开发的，其目标是以$10^{-15}$的精度测试弱等效原理（WEP）。我们通过数值模拟表明，所开发的方法使我们能够满足三个主要要求：保持WEP测试的目标精度，尽管数据丢失，计算可靠的估计精度和噪声水平，并最终提供一致和忠实的重建数据的科学界。
2016-08-30 gr-qc physics.data-an
MICROSCOPE mission: first constraints on the violation of the weak equivalence principle by a light scalar dilaton
如果存在一个轻的或有质量的标量场，它与物质的耦合强度弱于引力强度，这可能是弱等效原理被违反的一个原因。我们使用的Eötvös参数的第一个结果的显微镜实验设置新的限制，这样的标量场。对于质量小于$10^{-12}$ eV（即范围大于几个$10^5$ m）的大质量标量场，如果标量场耦合到重子数，则将现有约束改进为$|α|<10^{-11}$，如果标量场耦合到重子数和轻子数之间的差，则将现有约束改进为$|α|<10^{-12}$。我们还考虑了一个模型，描述了一个通用的耦合到标准的物质场的五个参数，光场：我们发现，对于小于$10^{-12}$ eV的质量，对耦合参数的约束比以前的等效原理测试提高了一个数量级。
2018-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
MICROSCOPE Satellite and its Drag-Free and Attitude Control System
本文着重介绍了MICROSCOPE卫星及其无阻力姿态控制系统（DFACS）的设计和性能。该卫星来自CNES的Myriade平台系列，尽管根据前所未有的显微镜任务要求进行了重大升级。这颗300公斤重的无阻力微型卫星已经完成了两年的飞行，性能高于预期。其被动热概念允许在测量频率$f_{\rm{EP}}$下的变化小于1 $μ$ K。推进系统提供了一个6轴连续和非常低的噪音推力从零到几百微牛顿。最后，其DFACS（旨在补偿施加在卫星上的干扰力和扭矩）的性能是在低地球轨道上有史以来最好的，在$f_{\rm{EP}}$的8天内，沿三个轴的剩余加速度低于$10^{-12} {\rm m/s}^2$。
2020-12-22 astro-ph.IM gr-qc physics.space-ph
Testing the Equivalence Principle in space after the MICROSCOPE mission
弱等效原理的检验可以揭示一种新的、依赖于成分的自然力，或者反驳许多新物理学模型。这是第一次通过显微镜卫星在太空中成功进行这种测试。早期的结果表明，对于Pt和Ti试验质量，在1 e14中约1分之一的随机误差（积分时间为8.26 d后）和类似的系统误差下，地球没有违反规定。由于轨道上强得多的驱动信号，尽管对差分加速度的灵敏度降低了70倍，但它比使用旋转扭秤的最佳地面试验提高了10倍。该测试受到用于电气接地的金线内部阻尼产生的热噪声的限制。当s/c设置为比计划旋转更快时，这种噪音会降低。在任务结束时，结果会有所改善，因为热噪声会随着更多的数据而减少。不是系统误差。我们调查了主要的非重力效应，发现Pt-Pt传感器不允许它们与信号分离。早期测试报告了Pt-Ti传感器中的系统误差上限，而在Pt-Pt传感器中未检测到该上限，因此无法将其与违规区分开来。一旦所有的积分时间都用来减少随机噪声，就没有时间检查系统了。显微镜展示了空间在进行高精度WEP测试方面的巨大潜力，并指出了如何实现这一潜力。为了实现这一潜力，新的实验需要航天器围绕对称轴快速稳定地旋转，需要高质量的最先进的机械悬挂，并且必须允许系统检查。“伽利略”（GG）实验的设计，旨在测试WEP到1 e17的1部分，结合了所有需要的功能，表明如果新实验注意到显微镜的教训，空间的量子飞跃是可能的。
2018-07-17 gr-qc physics.ins-det
MICROSCOPE mission: final results of the test of the Equivalence Principle
MICROSCOPE任务通过无拖曳卫星上的差分静电加速度计比较钛铂合金与铂检验质量的加速度，最终在10^{-15}精度下未发现弱等效原理违反，将η(Ti, Pt)约束为[-1.5±2.3(stat)±1.5(syst)]×10^{-15}。
2022-09-30 gr-qc hep-th
Progress on testing Lorentz symmetry with MICROSCOPE
弱等效原理和局部洛伦兹不变性是广义相对论的两个主要假设。目前正在运行的显微镜飞行任务将以$10^{-15}$的精度对WEP进行测试。数据也将在SYRTE进行分析，用于与J. Tasson（明尼苏达州卡尔顿学院）和Q.贝利（安柏里德尔航空大学，亚利桑那州）。这项研究将在一个通用的框架，称为标准模型扩展（SME），描述洛伦兹违反可能出现在普朗克尺度（$10^{19}$ GeV）。SME使我们能够推导出一个洛伦兹违反观测设计的显微镜实验，并寻找可能的偏差从LLI的差加速度的测试群众。
2017-05-31 gr-qc
Search for QCD coupled axion dark matter with the MICROSCOPE space experiment
本研究利用MICROSCOPE空间实验的最终数据寻找QCD耦合轴子暗物质引发的等效原理破缺信号，未发现正面信号，并将$10^{-17}$ eV至$10^{-13}$ eV质量范围内的轴子-胶子耦合实验室约束上限提升了多达两个数量级。
2025-04-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
On the first test of the Weak Equivalence Principle in low Earth orbit
本研究评估近地轨道Microscope弱等效原理检验实验的结果，指出其热噪声异常的斑块电荷起源、加速度尖峰的热起源，以及原分析用人工数据填补缺口的问题，提出纯真实数据的分析方法，为未来相关任务提供关键参考。
2025-01-14 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
MICROSCOPE: systematic errors
本文系统分析MICROSCOPE任务中影响弱等效原理检验精度的各类系统误差，并给出可靠上界。
2021-12-20 astro-ph.IM gr-qc physics.app-ph
MICROSCOPE instrument description and validation
为显微镜飞行任务研制了专用加速度计，同时考虑到卫星上测量的加速度的具体范围。考虑到一个微g甚至更小的仪器的整个范围，导致一个定制的概念和高性能的电子检测和伺服驱动的加速度计测试质量。除了一个非常精确的几何传感器核心，高性能的电子架构提供了微弱的静电力和扭矩施加到测试质量的测量。一组电容传感器提供的位置和姿态的测试质量相对于一个非常稳定的黄金涂层笼在二氧化硅。施加在每个测试质量周围的电极上的电压被精细地控制，以产生足够的电场，从而产生测试质量上的静电压力。该磁场使测试质量块相对于仪器结构保持静止。数字控制法的实施，以使仪器操作的灵活性和弱的位置传感器噪声。这些电子设备既为MICROSCOPE的广义相对论测试提供科学数据，也为卫星的无阻力和姿态控制系统（DFACS）提供数据。
2020-12-21 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Result of the MICROSCOPE Weak Equivalence Principle test
MICROSCOPE空间任务通过比较铂钛合金检验质量的自由落体加速度，将弱等效原理检验精度提升至10⁻¹⁵量级，未发现等效原理破坏。
2022-09-30 astro-ph.IM gr-qc 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
Platform and environment requirements of a satellite quantum test of the Weak Equivalence Principle at the $10^{-17}$ level
本文针对STE-QUEST卫星弱等效原理量子检验任务，推导双衍射双组分原子干涉仪实现$10^{-17}$精度的平台约束，证实现有卫星技术积累可满足要求，支撑任务技术就绪性。
2023-10-06 astro-ph.IM cond-mat.quant-gas gr-qc
Violation of the equivalence principle induced by oscillating rest mass and transition frequency, and its detection in atom interferometers
本文研究标量暗物质导致原子质量与跃迁频率振荡所引发的等效原理破缺，计算其差分加速度与原子干涉仪相移，并评估 MICROSCOPE、AION-10 及 SPID 的探测灵敏度。
2024-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing new light scalars with the lepton anomalous magnetic moment and the weak equivalence principle violation
本文通过计算轻子反常磁矩的单圈贡献，并结合电子、缪子反常磁矩及MICROSCOPE实验数据，约束了标量-轻子与标量-光子耦合，并验证了朴素标度关系及最小标准模型扩展的可行性。
2025-09-11 gr-qc hep-ph
Violation of the equivalence principle from light scalar dark matter
本文研究了由光标量暗物质（DM）模型引起的违反爱因斯坦等效原理的局域观测结果。我们专注于两种不同的模型，标量场耦合线性或二次的标准模型的物质场。对于这两种情况，我们都导出了标量场的解。我们还从第一原理推导出两种类型的观测量的表达式：（i）两个原子传感器的局部比较，这两个原子传感器对自然常数的敏感性不同;（ii）两个不同组成的测试质量之间的局部微分加速度。对于线性耦合，我们恢复到DM诱导的两个观测量的签名是调和项和汤川项的总和。另一方面，对于二次耦合，这两种类型的观测量导出的签名原来是一个时间无关项和谐波振荡的总和，其振幅都取决于位置。这种行为是新的，可以使空间实验比地面实验更敏感。此外，观测量呈现出一些有趣的非线性行为，这是由于标量场的放大或屏蔽，取决于理论的参数，并在引力场的源的紧凑性。最后，我们推断DM耦合参数的各种限制，一方面使用现有的频率比较和测试的普遍性自由降落在地面上（扭秤）或在空间（显微镜任务）的另一方面。我们表明，在二次的情况下，所谓的自然参数仍然允许的意见。
2018-09-25 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
