《精密分子光譜方法測定波爾茲曼常數》是依託中國科學技術大學，由胡水明擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：精密分子光譜方法測定波爾茲曼常數
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：胡水明
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
國際計量委員會將基於基本物理常數重新定義開爾文等基本單位，玻爾茲曼常數kB是其中之一。國際科技數據委員會（CODATA）最新kB推薦值的標準相對不確定度0.91ppm，其中絕大部分權重來自於聲學共鳴法測量結果。由於單一方法可能帶來系統性偏差，目前迫切需要原理完全不同的實驗方法來測定kB。通過分子躍遷譜線的都卜勒展寬來測量kB，是一種新的全光學測量方案。但是直接吸收光譜方法存在靈敏度不足、測量非線性等限制，很難達到ppm精度。根據我們的分析和前期工作，我們提出，基於我們自己所發展的雷射鎖頻的光腔衰盪光譜方法，結合1mK級的精密溫控技術，通過測量分子近紅外振轉吸收譜線，可實現ppm級精度的光譜躍遷線形測量。我們計畫將kB測定至7ppm以下，從而有望進入CODATA，並影響開爾文的新定義。該方法還可被套用於分子精密光譜測量，以及作為新型熱力學溫度基準方法的研究。
結題摘要
本項目通過發展高靈敏、超精密的光腔衰盪光譜探測技術方法，對分子光譜線形開展精密測量，並基於分子光譜測定玻爾茲曼常數，開展作為新型熱力學溫度標準方面的研究。取得的主要進展包括：結合雷射鎖頻和光頻梳技術，提出了光頻梳穩定的高精密光腔衰盪光譜探測方法，同時實現亞kHz的雷射頻率控制精度和GHz範圍的光譜掃描；探測靈敏度進入10^-12/cm水平；利用該系統測定分子都卜勒展寬，統計誤差進入ppm水平，對相關係統不確定度進行了分析，並提出了改進方法；利用所建立的實驗裝置，測量了CO、H2O等分子部分近紅外振轉譜線的飽和吸收光譜，將譜線中心測定到10^-12精度，超過國際推薦的近紅外分子譜線頻率精度約一個量級；首次獲得了氫分子異核同位素HD的泛頻振轉躍遷的飽和吸收光譜，將該躍遷頻率測定至4x10^-10，“開闢了在四體系統中檢驗QED的道路”，並指出可以基於該躍遷頻率測定質子-電子質量比這一無量綱的基本物理常數。
