Le LNE obtient des résultats remarquables à la veille de la redéfinition du kelvin et du kilogramme
En 2018, à l’occasion de la 26e Conférence générale des poids et mesures, quatre unités du Système international d’unités (le kilogramme, l’ampère, le kelvin et la mole) devraient être redéfinies. Ces dernières devraient être établies sur la base de constantes fondamentales de la physique. Cela nécessite d’affiner au mieux les valeurs de ces constantes : les chercheurs du LNE viennent d’obtenir des résultats remarquables sur les valeurs de la constante de Boltzmann, pour la redéfinition du kelvin, et de la constante de Planck, pour la redéfinition du kilogramme.
Une définition à revoir
Depuis 1968 le système international d’unité définit le kelvin comme la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l’eau qui correspond donc à 0,01°C soit 273,16 K. Mais le point triple de l’eau est un artefact qui, à mesure qu’on l’étudie, révèle ses défauts (composition isotopique, impuretés…).
Le kelvin devrait donc bientôt être défini à partir d’une constante fondamentale : la constante de Boltzmann. Dont la valeur numérique sera figée, comme cela a été fait pour la vitesse de la lumière en 1983 pour la définition du mètre. Le kelvin sera alors défini comme la constante de Boltzmann (k) reliée au quantum d’énergie d’agitation thermique kT, T étant la température thermodynamique. Aujourd’hui la constante de Boltzmann est estimée à environ 1,380 648 52×10-23 joule par kelvin, avec une incertitude relative de 0.57×10-6, définie par le Comité de données pour la science et la technologie (CODATA), qui préconise une liste de valeurs des constantes physiques fondamentales. Mais il reste à affiner la valeur de cette constante.
Le thermomètre acoustique
L’équipe LNE-Cnam/LCM a mis au point une méthode originale permettant de déduire la valeur de la constante de Boltzmann grâce à la mesure de la vitesse du son dans un gaz rare en cavité fermée. Les chercheurs ont ainsi placé de l’hélium-4 dans un résonateur quasi-sphérique de 3 litres. Ce thermomètre acoustique est fondé sur la détermination précise des résonnances acoustiques et micro-ondes pour mesurer la vitesse du son à différentes pressions. Cette expérience est exigeante car tous les paramètres de l’expérience (pureté du gaz, mesure des signaux acoustiques) doivent être maitrisés avec une grande exactitude.
Un résultat record
L’équipe est ainsi parvenue à déterminer la constante de Boltzmann avec une incertitude de 0.60×10-6. A ce jour au meilleur niveau mondial ! Ces travaux ont été acceptés en juin 2017 dans la revue Metrologia.
Source : https://www.lne.fr/
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