基本信息
张海潮  男  博导  中国科学院上海光学精密机械研究所
电子邮件: zhanghc@siom.ac.cn
通信地址: 上海市嘉定区清河路390号
邮政编码: 201800

研究领域

主要研究兴趣:光学(环形物质波导和原子陀螺仪),理论物理(暗能量标量场,第五种力的实验室探测),原子分子物理(原子芯片),光学工程(波导型原子干涉仪及其弱信号探测) 

       目前主要关注暗能量标量场理论研究及其在地面实验室中利用原子干涉仪探测的实验研究。最近在物理学评论D发表长文(Hai-Chao Zhang, Obtaining a scalar fifth force via a symmetry-breaking coupling between the scalar field and matter, Phys. Rev. D 101, 044020 (2020),  DOI: 10.1103/PhysRevD.101.044020),提出了一种新的标量-张量场引力理论。该理论模型用于宇宙论后预言了一个准循环的宇宙学模型。他也着手用该理论解决哈勃常数的冲突问题(The observed discordances in cosmology signaling new Physics. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-99476/v2.)。 

        广义相对论需要修正的两个主要原因是马赫原理和宇宙学常数的解释问题。基于著名的牛顿水桶实验,牛顿认为旋转是相对于绝对空间的绝对运动, 绝对空间处于绝对的不转动状态。马赫认为不存在绝对空间,所谓的转动是指相对于整个星空背景来说的,旋转参考系中所显示的惯性力来自于远处星体的 引力作用。这就是马赫原理。爱因斯坦的广义相对论部分地实现了马赫原理。宇宙学常数造成的几何引力论和量子场论的概念冲突,一直对基础物理学形成挑战。物理学家利用具有负压特性的标量场来解释暗能量。但是,同物质无耦合的标量场模型面临着Weinberg的不行定理(Weinbergs no-go theorem)的障碍。科学家试图用耦合于物质的所谓变色龙暗能量模型解决宇宙学常数问题,但又面临变色龙不行定理 (Chameleon  no-go Theorems),也就是说变色龙模型不能解决宇宙学常数问题。 

        张海潮研究员对宇宙学的学习和思考已经有三十余年,起步始于他的本科毕业论文“现代宇宙论体系”。根据实验物理和天文观测的新进展,提出的基于相互作用对称性破缺的标量-张量场引力理论能够与马赫原理相容。 

        当引入可与物质耦合的标量场后,物质的静止质量便成为标量场的函数。但是,任何物理量的测量值都依赖于参考物理单位的选取,没有任何实验能够测量物理量的绝对数值。实验上的测量值实际上都是物理量相对于参考单位的比率,是无量纲的数值。以质量测量为例,一个自然的参考单位就是普朗克质量。普朗克质量与牛顿万有引力常数的平方根成反比。这样,在物质和标量场 耦合的情形下,在表达物质质量相对于普朗克质量的比值随标量场的变化时,人们至少可以有两种等价选择的理论描述方式。一种是普朗克质量不变(也就是 万有引力常数不变),而物质的质量是标量场的函数;另一种是物质质量不随标 量场变化,而万有引力常数是标量场的函数。前者的描述图景称为爱因斯坦标 架,后者称为约旦标架。因此,哈勃常数在直接测量和间接测量中的冲突实际上反映了标量场所导致的物理量的测量值对标架选择的依赖特性。 

        在满足宇宙学参数的约束下,他得到了物质诱导标量场所产生的第五种力数学表达。只要实验设计恰当就有可能探测第五种力。因此,完善理论模型和从事探测暗能量的力学效应是最近正在从事的研究工作。根据广义相对论,一个大质量天体将会使得附近的陀螺指向发生进动偏转,这称为测地线偏移。如果该天体相对于星空背景高速旋转的话,惯性参考系拖曳效应也会使陀螺指向发生进动现象。这导致陀螺仪的导航性能受到限制。反过来说,超高灵敏度的陀螺仪可用于检验不同的几何引力理论,比如广义相对论。因此,经典转动乃至量子涡旋与时空几何的关联是陀螺仪研究必须面对的最基础科学的问题。 

        在对这些基础问题分析的同时,他目前的主要精力放在第五种力的实验研究上。采用频域比较法初步观测到了一些实验现象,正在撰写文稿。初步论证了光学陀螺仪不适合于探测第五种力,因此,正着手开展原子陀螺仪探测第五种力的实验平台建设。

招生信息

招生专业
070207-光学
070201-理论物理
080300-光学工程
招生方向
原子陀螺仪
暗能量力学效应的理论研究和实验探测
原子芯片,环形物质波导

教育背景

1997-09--2002-06   中山大学物理系/光电材料国家重点实验室   获得理学博士学位
1985-09--1987-01   北京大学物理系   学习理论物理研究生课程
1980-09--1984-07   兰州大学物理系理论物理专业   获得理学学士学位
学位

理学博士

教授课程

2020-2021学年秋季学期研究生专业课课程《前沿进展》

出版信息

1. Hai-Chao Zhang,  Obtaining a scalar fifth force via a symmetry-breaking coupling between the scalar field and matter. PHYSICAL REVIEW D 101, 044020 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevD.101.044020.

2.Ling Yun -Long, Wang Chuan, Zhang Hai -Chao, Three wires ring magnetic guide based on Archimedean spirals, Acta Phys. Sin. Vol. 69, No. 10 (2020).
3.Jun Cheng(程俊), Jing-fang Zhang(张敬芳), Xin-ping Xu(许忻平), Hai-chao Zhang(张海潮), and Yu-zhu Wang(王育竹) Direct loading of atoms from a macroscopic quadrupole magnetic trap into a microchip trap, Chin. Phys. B Vol. 26, No. 3 (2017) 033701.

4.Jun Cheng, Xiaolin Li, Jingfang Zhang, Xinping Xu, Xiaojun Jiang, Haichao Zhang and Yuzhu Wang

Miniature Bose–Einstein condensate system design based on a transparent atom chip, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 49 (2016) 165301 (5pp).
5. Xiaojun Jiang , Xiaolin Li , Haichao Zhang, and Yuzhu Wang, Smooth Archimedean-spiral ring waveguide for cold atomic gyroscope, CHINESE OPTICS LETTERS, 14(7), 070201(2016).

6. Xiaojun Jiang(蒋小军), Xiaolin Li(李晓林), Haichao Zhang(张海潮), and Yuzhu Wang(王育竹), Demonstration of a cold atom beam splitter on atom chip, Chin. Phys. B Vol. 25, No. 8 (2016) 080311.
7. Xiaojun Jiang(蒋小军), Haichao Zhang(张海潮), and Yuzhu Wang(王育竹), Electromagnetically induced transparency in a Zeeman-sublevels lamda-system of cold 87Rb atoms in free space, Chin. Phys. B, Vol. 25, No. 3 (2016) 034204.

8.Cheng Jun, Zhang Jing-Fang, Xu Xin-Ping, Jiang Xiao-Jun, Li Xiao-Lin, Zhang Hai-Chao, Wang Yu-Zhu, Three wire toroidal magnetic guide based on the vertical leads and ac current modulation, Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 6 (2016) 060302.

9. 程俊, 张敬芳, 许忻平, 陈钰水, 张海潮, 王育竹, High Efficient Quadrupole Magnetic Transport of 87Rb Atoms in a Single Chamber atom chip System,  光学学报, 36(12), 1202001(2016).

10. Han Jing-Shan, Xu Xin-Ping, Zhang Hai-Chao and Wang Yu-Zhu,Optimal transport of cold atoms by modulating the velocity of traps, Chinese Phys. B 22 023702 (2013). 

11. Xu Xin-Ping, Zhang Hai-Chao, Wang Yu-Zhu, A new mini-magnetic lens proposal for converging the clod atoms, ACTA PHYSICA SINICA, 61(22):223701 (2012).
12. Dongyuan Chen, Haichao Zhang, Xinping Xu, Tang Li and Yuzhu Wang,Nonadiabatic Transport of Cold Atoms in a Quadrupole Potential,Appl. Phys. Lett. 96, 134103 (2010).
13. Hai-chao Zhang, Peng-fei Zhang, Xin-ping Xu, Feng Cheng, and Yu-zhu Wang, Optimized temperature measurement with time-of-flight method, Optics Communications Volume 282, Issue 16, 15 Pages 3278-3281 (2009).
14. Pengfei Zhang, Haichao Zhang, Xinping Xu and Yuzhu Wang, Cooling induced by parametric resonance in a magnetic quadrupole trap, Chinese Optics Letters,Vol. 6( 2): 87-89 (2008).
15. ZHANG Peng-Fei, ZHANG Hai-Chao, XU Xin-Ping and WANG Yu-Zhu, Monte Carlo Simulation of Cooling Induced by Parametric Resonance, Chinese Physics Letters, Vol. 25 (1): 89-92 (2008).
16. Zhang Hai-Chao, Lin WZ, Wang YZ., Existence of the transverse relaxation time in optically excited semiconductors, CHINESE PHYSICS, Vol. 15 (4): 735-749 (2006).
17. ZHANG Hai-Chao , ZHANG Peng-Fei, XU Xin-Ping, HAN Jiu-Rong and WANG Yu-Zhu,Trapping of Neutral Atoms with a Radio-frequency Field. Chinese Physics Letters, Vol. 22 (1): 83 (2005).
18. Hai-chao Zhang, Wei-zhu Lin, and Yu-zhu Wang, The origin of the transverse relaxation time in optically excited semiconductor quantum wells. Optics Communications, Vol. 245: 271-280 (2005).
19. Jiu-Rong Han, Hai-Chao Zhang, Yu-Zhu Wang, Energy spectrum of ground State and excitation spectrum of quasi-particle for hard-core boson in optical lattices, Communications in Theoretical Physics, Vol. 44 (5): 863-866 (2005).
20. Jiu-Rong Han, Hai-Chao Zhang, Yu-Zhu Wang, Energy spectrum of fermionized bosonic atoms in optical lattices, Chinese Optics Letters, Vol. 3, 621-624 (2005).
21. Wang Yi, Hu Zheng-feng, Xu Xin-ping, Zhang Peng-fei, Liu Hua, Zhang Hai-Chao, Zhan Ming-sheng and Wang Yu-Zhu. Bichromatic coherent population trapping under hanle configuration, Chinese Physics Letters, Vol. 21 (12): 2392-2394 (2004).
22. Shou Qian, Zhang Haichao, De Li and Lin Weizhu, The density matrix picture of laser coherent control current. Science in China Series G , Vol. 47 (2) 231-243 (2004).
23. Deng L, Shou Q, Liu YX, Zhang Haichao et al Mechanism of optical polarization dephasing in bulk GaAs and multiple quantum wells, ACTA PHYSICA SINICA Volume: 53 Issue: 2 Pages: 640-645. (2004).
24. Qian Shou, Haichao Zhang,De Li and Weizhu Lin, Effects of Rayleigh scattering in transient nonlinear optical measurements. APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 83 (12), 2306- 2308 (2003).
25. Shou Qian, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Interference of Rayleigh scattering and four-wave mixing. ACTA PHSYCA SINICA, Vol. 52 (4) (2003).
26. Haichao Zhang and Weizhu Lin. Ultrafast optical dephasing due to unscreened Coulomb scattering in semiconductor. A paper for the 2001 International Conference on Quantum Information and the Eighth Rochester Conference Coherence and Quantum Optics.
27. Haichao Zhang, Li Deng and Weizhu Lin. Ultrafast dephasing of interband transitions in semiconductors. SCIENCE IN CHINA (Series A),Vol. 44 (10), 1340 (2001).
28. Tianshu Lai, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Picosecond Time-resolved CARS studies of ?12 ring-stretching vibration of Ethyl-and propyl-benzenes. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, Vol 44 (4), 41 (2001).
29. Haichao Zhang, Jinhui Wen and Weizhu Lin. Femtosecond Spectroscopy of Heavy Hole Scattering in GaAs. CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS, Vol. 21 (9), 867 (2000).
30. Rui Liao, Jinhui Wen, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Generation of Sub-10-fs Pules Directly From a KLM Ti: Sapphire Laser. CHINESE SCIENCE BULLETIN, Vol. 47 (10) (2002).
31. Bing Guo, Jinhui Wen, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Terahertz Dispersion and Attenuation Characteristics of Optically Excited Coplanar Striplines on LT-GaAs. J. INFARED MILLIMETER WAVES, Vol. 19 (2), 98 (2000).
32. Haichao Zhang, Jinhui Wen and Weizhu Lin. Hole-hole Scattering of Photoexcited Heavy-hole in GaAs. ACTA PHSYCA SINICA, Vol. 49 (6), 1171 (2000).
33. Bing Guo, Jinhui Wen, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Propagation of Ultrashort Electrical Pulses on Coplanar Striplines. ACTA PHOTONICA SINICA, Vol. 29 (4), 312 (2000).
34. Jinhui Wen, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Low Pump Power Self-Starting KLM Ti: Sapphire Femtosecond Laser. ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYASENI, Vol. 39 (3), 133 (2000).
35. Bing Guo, Jinhui Wen, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Photoconducting Autocorrelation Detection of Femtosecond Electrical Pules. ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYASENI, Vol. 39 (1), 123 (2000).
36. Bing Guo, Jinhui Wen, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Femtosecond photoconductive characteristics of LT-GaAs. J. INFARED MILLIMETER WAVES, Vol. 20 (3), 179 (2001).
37. Jinhui Wen, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Ultrafast Carrier Dynamics of Low-temperature-grown GaAs. J. INFARED MILLIMETER WAVES, Vol. 18 (3), 195 (1999).
38. Weizhu Lin and Haichao Zhang. Ultrafast Heavy Hole-Phonon Scattering in Highly n-Doped GaAs. CHINESE PHYSICS LETTERS, Vol. 16 (10), 756 (1999).
39. Haichao Zhang, Chun Huang and Weizhu Lin. Ultrafast Dynamics of Electrons and Holes in Highly n-doped GaAs. ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYASENI, Vol. 38 (6), 21 (1999).
40. Chun Huang, Haichao Zhang and Weizhu Lin. Femtosecond Heavy-hole Dynamics in n Doped GaAs. ACTA PHOTONICA SINICA, Vol. 28 (5), 397 (1999). 

41. JIANG Xiao-Jun,LI Xiao-Lin, XU Xin-Ping, ZHANG Hai-Chao, WANG Yu-Zhu Archimedean-spiral-based microchip ring waveguide for cold atoms A new type of magnetic ring microtrap, (CHIN. PHYS. LETT. Vol. 32 (2) 020301-1 (2015)) 


发表论文
(1) Obtaining a scalar fifth force via a symmetry-breaking coupling between the scalar field and matter, Phys. Rev. D, 2020, 第 1 作者
(2) 基于阿基米德螺线的三导线环形磁导引, Three wires ring magnetic guide based on Archimedean spirals, 物 理 学 报, 2020, 通讯作者
(3) Direct loading of atoms from a macroscopic quadrupole magnetic trap into a microchip trap, Chin. Phys. B, 2017, 通讯作者
(4) Miniature Bose–Einstein condensate system design based on a transparent atom chip, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 2016, 通讯作者
(5) Smooth Archimedean-spiral ring waveguide for cold atomic gyroscope, CHINESE OPTICS LETTERS, 2016, 通讯作者
(6) Demonstration of a cold atom beam splitter on atom chip, Chin. Phys. B, 2016, 通讯作者
(7) Electromagnetically induced transparency in a Zeeman-sublevels lamda-system of cold 87Rb atoms in free space, Chin. Phys. B, 2016, 第 2 作者
(8) 基于垂直引线和调制电流的三线环形磁导引, Three wire toroidal magnetic guide based on the vertical leads and ac current modulation, 物理学报, 2016, 通讯作者
(9) 单腔原子芯片系统中高效率的四极磁阱转移, High Efficient Quadrupole Magnetic Transport of 87Rb Atoms in a Single Chamber atom chip System, 光学学报, 2016, 通讯作者

科研活动

科研项目: 

1. 国家自然科学基金委员会,面上项目,12074396, 基于三线阿基米德螺线环形波导的原子芯片陀螺仪 ,2021/01-2024/12,63.00万元,正在进行,主持;

2. 国家科学挑战专题项目,TZ2018003-3-201,基于物质波干涉的原子芯片陀螺仪机理及实验方法研究,2018/01-2020/02,185万元,已结题,主持;

3. 国家自然科学基金委员会,国家青年科学基金,11604348,原子芯片环形物质波导及其相干性研究,2016/11-2020/02,24万元,已结题,参加;

4.国家(863)计划课题,122015AA111101,B150203-****,2015/07-2017/02,80万元,已结题,主持;

5.重点开放实验室自选,52201531111100101,C150239,2015/01-2050/02,2500万元,在研,参加;

6.国家(863)计划课题,12B13021801,B130218-****,2013/07-2016/02,200万元,已结题,主持;

7.国家(863)计划课题,121402331B2001,B140233-****,2012/07-2016/05,80万元,已结题,主持;

8.国家(863)计划课题,12B12020501,B120205-****,2012/07-2014/02,200万元,已结题,主持;

9.国家(863)计划课题,12B11027501,B110275-****,2011/07-2013/02,30万元,已结题,主持;

10.国家自然科学基金委员会,面上项目,10974210,射频原子波导的实验研究,2009/09-2013/02,42万元,已结题,主持;

11.国家973计划及攀登计划课题,2006CB921202,冷原子系统与离子量子信息列阵存储研究,2006/12-2012/02,160.5万元,已结题,参加;

12.中国科学院重点开放实验室自选项目,量子光学研究,O602231,2006/01-2010/12,300万元,已结题,参加;

13.国家自然科学基金委员会,面上项目,10474105,磁陷阱中冷原子的参量冷却,2005/01-2010/02,26万元,已结题,主持;

14.中国科学院重点开放实验室自选项目,量子光学,O402051,2004/01-2010/02,250万元,已结题,参加;

15.国家自然科学基金委员会,重点项目,10334050,超冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚物理性质的研究,2004/01-2008/02,150万元,已结题,参加;

16.国家973计划及攀登计划课题,2001CB309307,冷原子和原子介质中量子信息存储研究,2002/04-2007/12,250万元,已结题,参加。

科研项目
( 1 ) **原子**干涉仪, 主持, 国家级, 2012-07--2016-06
( 2 ) 原子芯片环形物质波导及其相干性研究, 参与, 国家级, 2017-01--2019-12
( 3 ) 基于物 质波干涉的原子芯片陀螺仪机理及实验方法研究, 主持, 国家级, 2018-01--2020-02
( 4 ) 基于三线阿基米德螺线环形波导的原子芯片陀螺仪, 主持, 国家级, 2021-01--2024-12
参与会议
(1)Detecting dark energy with cold atoms   粒子物理前沿问题研讨会    2019-01-21
(2)Could our cold atom experiment be a demonstration of a fifth force due to scalar field?   中国物理学会引力与相对论天体物理分会2018年年会   2018-05-24
(3)超冷原子和暗能量标量场   第16届全国低温物理学术研讨会   2018-04-17
(4)The Scalar Field Explanation to the Slowing and Quickening of a Laser-cooled Atomic Cloud in Resonance Fluorescence Light   2018-04-02
(5)冷原子传感器及其应用   强约束集成微系统物理与技术全国研讨会   2017-12-02
(6)基于冷原子传感器的暗能量标量场探测   西藏大学"多波段,多信使天体物理学"中青年学者研讨会   2017-11-02
(7)基于慢速冷原子束同激光加(减)速的原子系综的相互作用 约束变色龙暗能量的探索   第十七届全国量子光学学术会议   2016-08-06

指导学生

已指导学生

陈东元  硕士研究生  080300-光学工程  

陈钰水  硕士研究生  085202-光学工程  

凌云龙  硕士研究生  080300-光学工程