[Un cadre unifié cohérent pour le nouveau système d'unités : l'optique des ondes de matière]
L'année 2018 a été celle du renouvellement complet du système d'unités, avec l'ambition d'établir un système pérenne, universel et cohérent. Ce système se caractérise par l'abandon des artefacts pour se fonder uniquement sur les constantes fondamentales de la Physique [1–3]. La cohérence sous-jacente du système proposé et la notion de constante fondamentale seront discutées. Un système d'unités naturelles a été introduit par Max Planck en 1899. Il est fondé sur cinq constantes fondamentales, ħ, , c, G, . Les deux premières concernent respectivement les mouvements cohérents et la décohérence thermique dans l'espace des phases au moyen des concepts d'action et d'entropie. Les trois dernières précisent la géométrie de cet espace en présence d'interactions gravitationnelles et électromagnétiques. Cette géométrie est celle d'un espace à cinq dimensions introduit par Theodor Kaluza en 1921 [4]. Les progrès considérables des interféromètres à ondes de matière dans les domaines atomique et électrique imposent aujourd'hui un nouveau système, dans lequel les deux dernières constantes sont plutôt une différence de masse entre les niveaux d'un même atome et la charge de l'électron. La cinquième dimension est alors le temps propre donné par les horloges atomiques. Le lien entre les deux systèmes fait intervenir la constante de structure fine et son équivalent gravitationnel. Le système proposé apparaît alors comme le meilleur compromis, dans l'état actuel de nos connaissances.
Thanks to considerable progress in quantum techniques, it has been possible to redefine all SI base units from fundamental constants. A last challenge is to produce a unified framework for fundamental metrology in which all base quantities and relevant fundamental constants appear naturally and consistently. We suggest a generalized 5D framework in which both gravito-inertial and electromagnetic interactions have a natural geometrical signification and in which all measurements can be reduced to phase determinations by optical or matter–wave interferometry. The corner stones of this unification are action and entropy. The connection is made with Kaluza's 5D theory and Planck's natural units.
Mot clés : Unités SI, Métrologie, Géométrie, Action, Entropie, Ondes de matière
@article{CRPHYS_2019__20_1-2_22_0,
author = {Christian J. Bord\'e},
title = {A consistent unified framework for the new system of units: {Matter{\textendash}wave} optics},
journal = {Comptes Rendus. Physique},
pages = {22--32},
publisher = {Elsevier},
volume = {20},
number = {1-2},
year = {2019},
doi = {10.1016/j.crhy.2018.12.004},
language = {en},
}
Christian J. Bordé. A consistent unified framework for the new system of units: Matter–wave optics. Comptes Rendus. Physique, Volume 20 (2019) no. 1-2, pp. 22-32. doi : 10.1016/j.crhy.2018.12.004. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2018.12.004/
[1] Fundamental metrology, C. R. Physique, Volume 5 (2004), pp. 789-940 (thematic issue)
[2] Métrologie fondamentale: unités de base et constantes fondamentales, C. R. Physique, Volume 5 (2004), pp. 813-820
[3] Base units of the SI, fundamental constants and modern quantum physics, Philos. Trans. R. Soc., Math. Phys. Eng. Sci., Volume 363 (2005), pp. 2177-2202 ([p. 2182])
[4] Zum Unitätsproblem der Physik, Sitz.ber. Preuss. Akad. Wiss. Phys. Math. K, Volume 1 (1921), p. 966
[5] Fundamental electrical standards and the quantum metrological triangle, C. R. Physique, Volume 5 (2004), pp. 857-879
[6] Atomic interferometry with internal state labelling, Phys. Lett. A, Volume 140 (1989), pp. 10-12
[7] Atomic clocks and inertial sensors, Metrologia, Volume 39 (2002) no. 5, pp. 435-463
[8] Atom Interferometry (P. Berman, ed.), Academic Press, 1997
[9] Matter–wave interferometers: a synthetic approach (P. Berman, ed.), Atom Interferometry, Academic Press, 1997
[10] Atom interferometry using internal excitation: foundations and recent theory, International School of Physics “Enrico Fermi” – COURSE CLXXXVIII Atom Interferometry, 2014, pp. 143-170
[11] Direct resolution of the recoil doublets using saturated absorption techniques, Bull. Am. Phys. Soc., Volume 19 (1974), p. 1196
[12] Direct optical resolution of the recoil effect using saturated absorption spectroscopy, Phys. Rev. Lett., Volume 37 (1976), pp. 1339-1342
[13] On the theory of linear absorption line shapes in gases, C. R. Physique, Volume 10 (2009), pp. 866-882
[14] et al. Combination of Bloch oscillations with a Ramsey–Bordé interferometer: new determination of the fine structure constant, Phys. Rev. Lett., Volume 101 (2008)
[15] et al. New determination of the fine structure constant and test of the quantum electrodynamics, Phys. Rev. Lett., Volume 106 (2011)
[16] Precision atom interferometry with light pulses (P. Berman, ed.), Atom Interferometry, Academic Press, 1997
[17] Compton wavelength of superconducting electrons, Phys. Rev. Lett., Volume 14 (1965), pp. 887-888
[18] Measurement of using rotating superconductors, Precision Measurement and Fundamental Constants, NBS Special Publication, 1971, pp. 243-247
[19] Absolute silicon molar mass measurements, the Avogadro constant and the redefinition of the kilogram, Metrologia, Volume 51 (2014), pp. 361-375
[20] et al. Counting the atoms in a 28Si crystal for a new kilogram definition, Metrologia, Volume 48 (2011), p. S1-S13
[21] A measurement of the gyromagnetic ratio of the proton by the strong field method (J.H. Sanders; A.H. Wapstra, eds.), Atomic and Fundamental Constants, vol. 5, Plenum Press, New York, 1975, pp. 545-551
[22] Density matrix equations and diagrams for high resolution non-linear laser spectroscopy: application to Ramsey fringes in the optical domain, Advances in Laser Spectroscopy, Plenum Press, New York, 1983, pp. 1-70
[23] Experimental determination of Boltzmann's constant, C. R. Physique, Volume 10 (2009), pp. 813-915 (thematic issue)
[24] Ondes et quanta, C. R. Hebd. Séances Acad. Sci., Volume 2 (1923), p. 507
[25] The measurement of time, C. R. Physique, Volume 16 (2015), pp. 459-585 (thematic issue)
[26] Towards a redefinition of the second based on optical atomic clocks, C. R. Physique, Volume 16 (2015), pp. 506-515
[27] et al. Atomic fountains and optical clocks at SYRTE: status and perspectives, C. R. Physique, Volume 16 (2015), pp. 461-470
[28] General relativistic framework for atomic interferometry, Int. J. Mod. Phys. D, Volume 3 (1994), pp. 157-161
Cité par Sources :
Commentaires - Politique
Application of lasers to ultra-cold atoms and molecules
Hélène Perrin; Pierre Lemonde; Franck Pereira dos Santos; ...
C. R. Phys (2011)
Some fundamental physics experiments using atomic clocks and sensors
Christine Guerlin; Pacôme Delva; Peter Wolf
C. R. Phys (2015)