用太阳系实验约束一般自由标量-张量引力中的吸引性第五力

本文关注具有三个自由耦合函数的一般自由标量-张量引力,其在近场区域表现为广义相对论(GR)加上由标量场诱导的 Yukawa 型第五力。我们证明该理论中的第五力总是吸引性的。我们研究了吸引性第五力的影响,并详细计算了第五力引起的轨道进动率 $\delta\omega/\omega$ 以及参数化后牛顿参数 $\gamma$ 和 $\beta$,它们均依赖于第五力参数和相互作用距离。结果表明,由于吸引性第五力,$\delta\omega/\omega$ 恒大于零,$\gamma$ 恒小于一,在大距离处 $\beta$ 大于一,并且该类理论作为暗物质的替代理论被排除。我们通过结合月球激光测距(LLR)、Cassini 和水星进动实验对第五力参数施加严格约束,并基于 LLR 观测推导出不同尺度上第五力与引力强度比的上界。我们发现水星约束不如 LLR 和 Cassini 约束具有竞争力,且 LLR 观测在大尺度上对强度比的约束远比小尺度严格。我们的结果表明,当第五力强度足够小时该理论与 GR 足够接近,并且可在无第五力时退化为带极小耦合标量场的 GR。