Stages  | Offre sujet de thèse  | jeudi 22 mai 2014
Page modifiée le mardi 10 janvier 2017
Offre sujet de thèse
Mise en ligne le jeudi 22 mai 2014

La valeur actuelle de la constante de Boltzmann repose essentiellement sur une approche expérimentale : la mesure de la vitesse de propagation du son dans un gaz d’argon ou d’hélium. L’objet de ce projet 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 participera au développement et à la caractérisation d’un nouveau spectromètre utilisant une source laser QCL (Quantum Cascade Lasers) à 10 µm. Ce spectromètre sera ensuite couplé à une cellule d’absorption multipassage pour la spectroscopie de l’ammoniac. Une étude expérimentale et théorique poussée de la forme du profil Doppler d’absorption linéaire (élargi par les collisions moléculaires) sera menée afin de réduire la principale source d’incertitude dans notre expérience. L’étudiant participera également à l’optimisation du thermostat afin d’améliorer le contrôle en température du gaz moléculaire. Enfin, il prendra part à une campagne de mesure afin de fournir au CIPM une nouvelle mesure de la constante de Boltzmann.
 
Le travail sera encadré par un enseignant-chercheur du Laboratoire et l’étudiant sera accompagné dans son travail par un doctorant et une Post- doctorante travaillant actuellement sur cette expérience.

Mots clés :
spectroscopie laser, source laser, métrologie, constantes fondamentales, techniques du vide

Qualités du candidat requises :
goût pour les expériences

Mode de financement éventuel ?
Allocation Ministère

Mesure de la constante de Boltzmann par spectroscopie laser



© 1998 - 2017 Laboratoire de physique des lasers (LPL). Tous droits réservés.
Université Paris 13 (UP13) - Institut Galilée - CNRS LPL UMR7538
99, av. J.B. Clément - 93430 VILLETANEUSE - FRANCE
Logo IG
Logo UP13
Membre fondateur de
Logo PRES Sorbonne Paris Cité
Logo Campus Condorcet
Logo CNRS