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ξ激光技术可帮助确定热力学温标



  玻尔兹曼常数kB是物理学中的一个重要常数,它联系着微观粒子系统(如气体分子)的动能与系统温度之间的关系,所以它是原子、分子世界与宏观物质的性质(如压强、温度等)之间的桥樑。目前只有采用在氩气中测声速的方法能使kB数值的测量达到百万分之二的精确度,一般将百万分之一的标准称为百万分率,简写为 ppm。其他测量kB的方法,如测量电阻器中的噪声,测定气体中的介电常数和测量黑体辐射等都达不到 ppm 的标准。
  位于巴黎的国际计量委员会(International Committee for Weight and Measures, 简称为 CIPM)计划于 2011 年利用kB值来重新定义热力学温标,即开尔文温标。现在国际计量委员会规定的热力学温标是在一定的压强下,纯浄水三相点的热力学温度为 273.16 K。利用测定水的三相点方法可以对热力学温标达到 ppm 的标准,但对它所处的物理状态要求非常严格。CIPM要求热力学温标以及其他的国际单位(SI)都能利用基本物理常数彼此相互表述。对于热力学温标来说,它的测定将涉及到秒和kB的数值,而秒的测定现在已可达到 1/1016的精度。
  最近巴黎大学 第13 研究所的 Chardonnet C教授和他的同事们利用激光光谱技术将kB数值的测定提高到 ppm 的标准。他们的方法主要是利用氨分子的热运动可使它的光吸收谱的峰值展宽这一物理特性来测定kB,这种光谱峰值展宽的特性称为热展宽。热展宽的宽度是由气体的压强、温度以及吸收光谱的频率来决定的。若将温度与频率固定,则可测出热展宽的宽度与气体压强间的函数关系,从而可推出kB的数值。Chardonnet 教授的研究组能将kB的数值测定到到 2 ppm 的精度。如果进一步将温度控制得更严格的话,kB的数值可达到 1 ppm 的精度。
   (云中客 摘自 physical Review Letters,18 June 2007)
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摘自:物理
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