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存在第五种力吗？

中国物理学会期刊网 · 公众号 · 物理 · 2017-07-17 10:06

正文

目前已经认识到自然界存在四种基本作用力。引力即为其中之一，由广义相对论描述，且经受多种观测检验。然而，出于量子化引力或解释暗物质和暗能量等方面的考虑，一些学者推测会存在第五种力：间距r 质量分别m ₁ ，m ₂ 的质点之间的势能为V ₅ (r) =－ α(Gm ₁ m ₂ /r)exp[-r/λ]，其中G为引力常数。这种力有两个特征参数：力程λ和作用强度α。最近，加利福尼亚大学洛杉矶分校的Ghez 和Hees 及同事们分析了恒星绕银河系中心超大质量黑洞的轨道运动，给出了强引力场情形下λ和α的限制。

这个研究小组分析了夏威夷Keck天文台观测两颗恒星运动而积累的19 年数据。这两颗星为S0-2 和S0-38，它们绕银心的轨道周期分别为15.9年和19.2 年。他们的模型拟合了恒星的动力学轨道，从而限制了第五种力的参数λ和α。

观测两颗恒星绕银河系中心黑洞的轨道运动将约束可能存在的第五种力

不过，他们的限制并不好于先前太阳系弱引力场情形下得到的结果。但是有两个因素有望改善这一观测检验的精度：（1）2018 年S0-2 星将最接近银心，那时对广义相对论的可能偏离应该最大；(2)未来欲建设的超大型望远镜可更精确地测量恒星的轨道。有关研究工作发表在Phys. Rev.Lett.，2017，118：211101上。

(北京大学徐仁新编译自Matteo Rini. Physics，May 25，2017)