From the Rydberg constant to the fondamental constants metrology
De la constante de Rydberg à la métrologie des constantes fondamentales
Résumé
The Rydberg constant $\ R_\infty = \alpha^2 m_{e} c^2/2hc \ $ is deduced from an accurate comparison between experiment and theory of hydrogen atom. The last quantum electrodynamic results established by different ways give the same results. This proves the validity of these calculations. The atomic levels splitting of hydrogen atom are experimentally well known thanks to direct frequency measurements. Thus, the Rydberg constant is one of the best known fundamental constants $\Delta R_\infty / R_\infty = 6.6 10^{-12}$. But to get a fully achieved theory-experiment comparison, one needs to know independently the radius of proton charge distribution. It can be done with muonic hydrogen (in this exotic atom, the electron is replaced by a muon). After a short introduction concerning this comparison, the last development of the muonic hydrogen experiment are presented.
The measurement of the recoil induced by a photon an atom of mass M leads to a relevant determination of the fine structure constant (thanks to the Rydberg constant and the relative atomic mass of the electron and the one of the considered atom). For that, we have developed a new experiment using Bloch oscillations with cold rubidium atoms. The principle is shortly explain while I focus more on the originality of the method. The recent results are presented.
The measurement of the recoil induced by a photon an atom of mass M leads to a relevant determination of the fine structure constant (thanks to the Rydberg constant and the relative atomic mass of the electron and the one of the considered atom). For that, we have developed a new experiment using Bloch oscillations with cold rubidium atoms. The principle is shortly explain while I focus more on the originality of the method. The recent results are presented.
La constante de Rydberg $\ R_\infty = \alpha^2 m_{ e} c^2/2hc \$ est déduite d'une comparaison théorie - expérience très précise sur l'atome d'hydrogène. Les derniers calculs d'électrodynamique quantique menés de différentes façons donnent des résultats similaires validant ainsi l'exactitude des termes calculés. Les écarts entre niveaux de l'atome d'hydrogène sont maintenant très bien connus grâce aux mesures faites en unité de fréquence. Ainsi la constante de Rydberg fait partie des constantes fondamentales les mieux déterminées $\Delta R_\infty / R_\infty = 6.6 10^{-12}$. Cependant pour que la comparaison soit complète, il faut connaître indépendamment la valeur de la distribution de charge du proton. Ceci peut être réalisé via une expérience sur l'hydrogène muonique (dans cet atome exotique, l'électron est remplacé par un muon). Après une introduction sur la comparaison théorie - expérience pour l'atome d'hydrogène, les derniers développements de l'expérience sur l'hydrogène muonique sont présentés.
La mesure du recul induit par un photon sur un atome de masse M conduit à une détermination pertinente de la constante de structure fine $\alpha$ en utilisant la constante de Rydberg, et les rapports des masses de l'électron, du proton, de l'atome considéré. Dans cet optique, nous avons développé une nouvelle expérience d'oscillations de Bloch avec des atomes de rubidium ultra-froids. Le principe de l'expérience est exposé brièvement tout en insistant sur l'originalité de notre approche. Les premiers résultats métrologiques obtenus très récemment sont présentés.
La mesure du recul induit par un photon sur un atome de masse M conduit à une détermination pertinente de la constante de structure fine $\alpha$ en utilisant la constante de Rydberg, et les rapports des masses de l'électron, du proton, de l'atome considéré. Dans cet optique, nous avons développé une nouvelle expérience d'oscillations de Bloch avec des atomes de rubidium ultra-froids. Le principe de l'expérience est exposé brièvement tout en insistant sur l'originalité de notre approche. Les premiers résultats métrologiques obtenus très récemment sont présentés.