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日常系统实验搜索暗能量与暗物质

宇宙学与河外天体物理 2025-12-02 v3 广义相对论与量子宇宙学

摘要

我们重新评估了日常系统实验对于暗能量(DE)和暗物质(DM)的真实发现覆盖范围,明确了从宇宙学水平的线性响应到局部、受屏蔽残差之间的桥梁。在标量-张量框架中,采用普适 conformal 耦合 A(ϕ)A(\phi) 和 chameleon/Vainshtein 屏蔽,我们将由DESI和\emph{Euclid}推断的宇宙学响应 {μ(z,k),Σ(z,k)}\{\mu(z,k),\Sigma(z,k)\} 映射到深层日常势 ΦN\Phi_N 中的薄壳或Vainshtein残差。我们强调一种两分支策略。在检测优先分支中,一个经验证的局部异常——即爱因斯坦等价原理(EEP)违反、一个在 γ1few×106|\gamma-1|\sim\mathrm{few}\times 10^{-6} 量级的Shapiro延迟信号、一个AU尺度的Yukawa尾巴,或来自时钟/原子干涉仪器在太空(AIS)中的超轻暗物质(ULDM)信号——触发对 cosmology 和日常系统数据进行在共同微观参数化 {V(ϕ),A(ϕ)}\{V(\phi),A(\phi)\} 下的联合复拟。在警戒分支中,日常系统测试强制执行约束(EEP;PPN参数 γ,β\gamma,\beta;以及 G˙/G\dot G/G),并关闭由宇宙学指示的未屏蔽或弱ly屏蔽的角落。我们预测,每次日全相位条件下,γ1(25)×106|\gamma-1|\lesssim (2-5)\times 10^{-6}(Ka-/X-band或光学Shapiro)、ηEEP(1\mbox10)×1017\eta_{EEP}\sim (1\mbox{--}10)\times 10^{-17}(无阻尼AIS)、G˙/G(35)×1015yr1|\dot G/G|\sim(3-5)\times10^{-15}\,\mathrm{yr^{-1}}(亚亚米级LLR)、AU尺度Yukawa/DM密度约束的统一约2倍紧缩,以及 (310)×(3-10)\times 改进的ULDM耦合覆盖范围。对于一个 conformal 基准,μlin,0=0.10\mu_{lin,0}=0.10 暗示 χμlin,0/2\chi\simeq \sqrt{\mu_{lin,0}/2},并在 γ1=5×106|\gamma-1|=5\times 10^{-6} 时得到日晷薄壳 ΔR/R(1/3χ)γ1/2=2.4×103\Delta R/R\lesssim (1/3\chi)\sqrt{|\gamma-1|/2}=2.4\times 10^{-3};在1 AU处的Vainshtein屏蔽下,γ11011|\gamma-1|\lesssim 10^{-11},自然低于近期可达范围。我们建议采用明确触发器的成本效益高的警戒+发现组合搭配,以便在发现后升级到专用任务。

关键词

引用

@article{arxiv.2509.05910,
  title  = {Solar System Experiments in the Search for Dark Energy and Dark Matter},
  author = {Slava G. Turyshev},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2509.05910},
  year   = {2025}
}

备注

32 pages, 4 figures, 12 tables