La valeur actuelle de la constante de Boltzmann, , repose sur une expérience unique datant de 1988. L’objet notre projet de recherche est de réaliser une nouvelle mesure de cette constante, fondamentale pour toute la physique, par une approche complètement nouvelle. La valeur mesurée sera ensuite transmise au Comité international des poids et mesures (CIPM) pour être prise en compte lors de la future modification de la définition du kelvin. Ce travail s’inscrit dans un projet plus large de redéfinition de l’ensemble des unités du système international à partir de certaines constantes fondamentales telles que la constante de Planck h, la constante de Boltzmann kB, ou encore la constante d’Avogadro NA.

-Nous développons dans l’équipe une approche nouvelle et originale pour accéder à la constante de Boltzmann. La mesure est réalisée par une expérience de spectroscopie laser qui consiste à mesurer le plus précisément possible le profil Doppler d’une raie d’absorption moléculaire pour une vapeur à l’équilibre thermodynamique. A basse pression, le profil d’absorption observé est dominé par l’élargissement Doppler lié à l’agitation des molécules du gaz. A chaque molécule est associée une valeur de la vitesse et à chaque valeur de la vitesse moléculaire correspond une fréquence décalée par effet Doppler. De ce fait, le profil d’absorption reproduit la distribution gaussienne de Maxwell–Boltzmann des vitesses moléculaires. La largeur de cette gaussienne est directement liée à kBT, d’où la possibilité, en mesurant simultanément la fréquence du laser et la température du gaz, de remonter à la valeur de kB. La spectroscopie est réalisée dans l’infrarouge (autour de 10 µm) dans un gaz moléculaire d’ammoniac à faible pression, maintenu dans un thermostat à une température proche de celle du point triple de l’eau (273,16 K).

-L’étudiant prendra part à une campagne de mesure ayant pour objectif de fournir au CIPM une nouvelle mesure de la constante de Boltzmann. L’étudiant sera encadré par un enseignant-chercheur du Laboratoire et sera accompagné dans son travail par un doctorant et une Post-doctorante travaillant actuellement sur cette expérience.