In this article, we describe an experiment performed at the Laboratoire de physique des lasers and dedicated to an optical measurement of the Boltzmann constant k B . With the proposed innovative technique, determining k B comes down to an ordinary frequency measurement. The method consists in measuring as accurately as possible the Doppler absorption profile of a rovibrational line of ammonia in thermal equilibrium. This profile is related to the Maxwell-Boltzmann molecular velocity distribution along the laser beam. A fit of the absorption line shape leads to a determination of the Doppler width proportional to √ k B T and thus to a determination of the Boltzmann constant. The laser source is an ultra-stable CO 2 laser with a wavelength λ ≈ 10 µm. The absorption cell is placed in a thermostat, keeping the temperature at 273.15 K within 1.4 mK. We were able to measure k B with a relative uncertainty as small as 3.8 × 10 −5 , which represents an improvement of an order of magnitude for an integration time comparable to our previous measurement published in 2007. To cite this article: K. Djerroud et al., C. R. Physique 10 (2009).
RésuméMesure de la constante de Boltzmann utilisant l'élargissement Doppler avec une incertitude relative de 3,8 × 10 −5 . Dans cet article, nous présentons l'expérience développée au Laboratoire de physique des lasers pour la mesure optique de la constante de Boltzmann k B . Cette nouvelle approche ramène la détermination de k B à une mesure de fréquence. L'expérience consiste à mesurer le plus exactement possible le profil d'absorption Doppler d'une raie de vibration-rotation de l'ammoniac à l'équilibre thermodynamique. Ce profil reflète la distribution de Maxwell-Boltzmann des vitesses moléculaires le long du faisceau laser. Une analyse de la forme de la raie d'absorption conduit à une détermination de l'élargissement Doppler, proportionnel à √ k B T , et donc à une mesure de la constante de Boltzmann. La mesure spectroscopique est réalisée à l'aide d'un laser à CO 2 ultra-stable de longueur d'onde λ ≈ 10 µm. La cellule d'absorption est placée dans un thermostat qui permet de contrôler la température autour de 273,15 K avec une incertitude de 1,4 mK. Ces mesures nous ont conduit récemment à une détermination de k B avec une incertitude relative de 3,8 × 10 −5 . Cela représente, pour des temps de mesure comparables, un gain d'un ordre de grandeur par rapport à notre précédente mesure publiée en . Pour citer cet article : K. Djerroud et al., C. R. Physique 10 (2009).