La valeur de la constante de Boltzmann est aujourd’hui connue avec une incertitude de 1.7.10-6. Pour améliorer la précision de cette constante fondamentale pour toute la physique , nous proposons d’utiliser une méthode totalement nouvelle reposant sur une mesure de fréquence laser. Le principe de l’expérience consiste à mesurer le plus précisément possible le profil Doppler d’une raie d’absorption moléculaire d’une vapeur à l’équilibre thermodynamique. Si la température de cette vapeur est bien connue, l’analyse de la forme de raie ainsi obtenue va permettre d’accéder à une connaissance de la constante de Boltzmann. Dans le cas simple où la forme de raie est dominée par l’effet Doppler, cette forme de raie est une Gaussienne. La largeur de raie à mi-hauteur qui sera mesurée dans notre expérience, permettra une détermination de d’après la relation : où  est la fréquence courante, c est la vitesse de la lumière, kB est la constante de Boltzmann, T est la température et m est la masse de la molécule qui constitue la vapeur. Dans cette expérience nous étudierons plusieurs raies de vibration-rotation de l’ammoniac NH3 accessibles avec notre laser à CO2 ultra-stable. La fréquence du laser est actuellement contrôlée avec une précision relative de 10-14 et nous développons un système pour contrôler la stabilité de l’intensité laser au près, pour une intensité laser d’environ 1W. Un tel niveau de performance est indispensable pour entreprendre la première mesure optique de la constante de Boltzmann.
L’élève devra apprendra à utiliser le laser, à régler le dispositif optique. Il devra également se familiariser avec le contrôle électronique de la fréquence et de la puissance du laser. L’étudiant participera à une campagne de mesure de la constante de Boltzmann par spectroscopie laser de l’ammoniac.