Физици измислиха нов метод за определяне на температурата

Изследователи измислиха нов метод за определяне на константата на Болцман, измервайки разширението на пиковете в спектъра на поглъщане на цезиеви пари.

Статията на австралийските учени е публикувана в сп. Nature Communications.

Днес стойността на един келвин – единица за измерване на температура в Международната система за единици – се определя по тройната точка на водата, тоест температурата, при която водата съществува в равновесие във вид на течност, пара и лед.

Но към 2018 година се планира нейната стойност да бъде определена чрез фундаментални константи – по-конкретно константата на Болцман. Няколко екипа по цял свят правят опит по експериментално определяне на константата на Болцман в различни системи. Най-точните данни – с точност до една милионна – са били получени през 2013 година.

В новото изследване физиците използвали метода термометрия на Доплеровото разширение, който се основава на измерването на ширината на спектъра на конкретни атомни преходи. Експериментаторите съсредоточили вниманието си върху две линии на поглъщания в спектъра на цезия.

Учените поставили цезиеви пари с ултраниска плътност във вакуумна камера и фиксирали поглъщането с помощта на лазер в микровълновия диапазон. Двете линии на поглъщане съответстват на прехода между същите нива в енергийния спектър, различими при свръхфини разделения на възбудените състояния.

Бързото движение на частиците към лазера или в посока от него водят до реализиране на Доплеровия ефект, при който фиксираната от уредите честота на излъчване на частиците се отличава от реалната.

Колкото по-бързо се движат частиците, толкова по-силно е Доплеровото изместване и толкова по-широки стават пиковете. Измерването на съотношението между ширината на пика и температурата позволява да се изведе стойността на константата на Болцман.

Независимо че точността на измерванията с този метод е по-малка, отколкото при използването на други начини, тази работа е важна както за фундаменталната спектроскопия, така и като „второ мнение“ – алтернативен метод за определяне на константата на Болцман.