Исследователи придумали новый способ определения константы Больцмана, измеряя уширение пиков в спектре поглощения паров цезия.
Статья, написанная австралийскими учеными, опубликована в журнале Nature Communications.
На сегодняшний день значение одного кельвина — единицы измерения температуры в Международной системе единиц (СИ) — определяется по тройной точке воды, то есть температуре, при которой вода существует в равновесии в виде жидкости, пара и льда. Однако к 2018 году планируется переопределить его значение через фундаментальные константы — в частности, постоянную Больцмана. Несколько команд по всему миру ставят опыты по экспериментальному определению константы Больцмана в различных системах. Самые точные данные — с точностью до одной миллионной доли — были получены в 2013 году.
В новом исследовании физики использовали метод термометрии доплеровского уширения, который основывается на измерении ширины спектра конкретных атомных переходов. Экспериментаторы сосредоточили внимание на двух линиях поглощения в спектре цезия. Ученые помещали пары цезия ультранизкой плотности в вакуумную камеру и фиксировали поглощение при помощи лазера в микроволновом диапазоне. Обе линии поглощения соответствуют переходу между теми же самыми уровнями в энергетическом спектре, различимыми при сверхтонком расщеплении возбужденных состояний. Быстрое движение частиц по направлению к лазеру или от него приводит к реализации эффекта Доплера, при котором фиксируемая прибором частота излучения частиц отличается от реальной. Чем быстрее движутся частицы, тем сильнее доплеровский сдвиг и тем шире становятся пики. Измерение соотношения между шириной пика и температурой позволяет вывести значение константы Больцмана.
Несмотря на то что точность измерений данным методом меньше, чем при использовании других способов, данная работа важна как для фундаментальной спектроскопии, так и в качестве «второго мнения» — альтернативного метода определения константы Больцмана.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение