Präzisionstest des Gravitationsgesetzes in der Yukawa-Lücke: Ein Multi-Höhen-Satellitenkonzept mit Sensitivität für abgeschirmte Skalarfelder

Die experimentellen Schranken auf Yukawa-Modifikationen des Newton-Potentials weisen zwischen den Laborskalen und den Satellitenbahnskalen eine Lücke auf, in der die Limits um mehrere Größenordnungen schwächer sind. Diese technische Studie untersucht, was ein Multi-Höhen-Satellitenkonzept dort leisten könnte, mit zwei bis drei Satelliten auf Kreisbahnen zwischen 200 und 800 km und Akzelerometrie der GAP/MicroSTAR-Klasse.

Enthalten sind: die Behandlung der Erde als geschichtete ausgedehnte Quelle mit PREM-Dichteprofil, eine selbstkonsistent nachgerechnete Envelope der bestehenden Orbitalschranken, eine Fisher-Analyse der Degenerierung mit den Erdmultipolen, die numerische Lösung des Dünnschalen-Randwertproblems für Symmetron-Felder im erdnahen Raum, die Übersetzung der Missionsobservablen in die Standard-Parametrisierung der Screening-Literatur sowie eine Analyse der Solarzyklus-Modulation als Zeitsignatur.

Zentrales Ergebnis der Envelope-Rechnung: Da alle bisherigen Präzisions-Orbitaltests von Satelliten oberhalb 1400 km stammen und deren Empfindlichkeit für kurze Reichweiten exponentiell zusammenbricht, liegt der tatsächliche Gewinnbereich einer niedrigen Bahn bei Reichweiten von etwa 30 bis 500 km. Oberhalb von 1000 km ist kein Gewinn zu erzielen. Dies präzisiert die verbreitete Charakterisierung einer Lücke von 1 bis 1000 km.

Die Studie beansprucht keine Priorität. Ein eigener Abschnitt weist aus, dass der Symmetron-Anteil bekannte Physik reproduziert und wesentliche Teile des Terrains bereits von Feleppa, Brax und Lambiase sowie vom Femtoscope-Programm um Lévy, Bergé und Uzan bearbeitet werden. Sämtliche Rechnungen sind über die beigefügten Python-Skripte reproduzierbar; offene Stellen sind im Text als solche markiert.

English summary: A technical feasibility study of a multi-altitude satellite concept probing Yukawa modifications of gravity in the poorly constrained range of tens to hundreds of kilometres. Includes a self-consistent recomputation of existing orbital bounds, a Fisher analysis of multipole degeneracy, a layered-Earth (PREM) source model, thin-shell computations for symmetron fields in low Earth orbit, and a solar-cycle modulation analysis. Prior work by other groups covering parts of this ground is explicitly acknowledged. All computations reproducible via the included scripts. In German.