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激光技术有助于重新定义开尔文

22 Jun 2007 哈米什约翰斯顿

法国的物理学家通过激光光谱首次通过激光光谱直接测量Boltzmann常数。新技术,涉及观察氨分子吸收光的光,目前比用于测量恒定的现有方法更低。然而,研究人员有信心它可以很容易地改善其准确性,并且该技术可以帮助创造一个新的和改进的塞尔文温度定义(物理。 rev. lett。 98 250801).

Boltzmann常数,kB,是一种基本常数,与微观粒子的集合的动能相关—如气体分子—它的温度。结果,它提供了原子和分子的微观世界之间的关键环节以及物质如压力的宏观性质。到目前为止,只有一种技术—测量氩气中的声速–可以确定kB 准确性约为每百万份(PPM)。用于确定k的其他技术B 包括测量电阻中的噪音;确定气体的介电常数;并测量从黑体发出的辐射。但是,这些技术都没有达到PPM的准确性。

具有许多独立测量的kB –那些基于经过不同系统错误的技术–在PPM水平对基于巴黎的国际重量和措施(CIPM)尤为重要,该委员会计划在2011年使用K重新定义KelvinB.

Kelvin目前定义为绝对零和极纯净水的三重点在一定压力下保持的温差1 / 273.16。虽然三重技术可以将kelvin定义为优于1 ppm的,但是该定义的问题是它基于特定的物理情况,每当需要的高准确定义时必须再现。然而,CIPM希望在彼此和基本常数方面定义Kelvin和其他SI单位。在Kelvin的情况下,这涉及第二个和kB —因此,开尔文的准确值可以从第二个中获得,这在10中以极高的大约一部分的精度众所周知16.

现在,Christian Chardonnet和Collegues在Université Paris 13 – Institut GaliléE,声称开发了一种激光光谱技术,可以提供替代测量k的方法B 到ppm准确性。该技术利用了分子的热运动的事实–氨中的氨’s experiment —在称为热展现的过程中涂抹其光学吸收光谱中的峰值。扩大的宽度由k确定B 以及气体的压力和温度和光的频率被吸收。通过在固定温度和频率下测量宽度的宽度,Chardonnet和同事能够确定kB 准确性约为一万大约两部分。

虽然这与CIPM所需的准确性无处可行,但研究人员认为,原则上,该技术可以提高到1 ppm。具体而言,该团队打算在实验中使用更严格的温度控制,以使温度稳定为优于1 ppm。他们还打算增加激光路径中的氨的量,提高激光器的稳定性,这应该允许更多的数据在较短的时间内积累。

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