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11. Januar 2013, 09:21 Uhr

Präzise Messungen

Neue Uhr kann Atome wiegen

Nein, so genau wie moderne Atomuhren ist die Präzisionsuhr noch nicht, die Forscher jetzt vorstellen - aber sie hat einen anderen Vorteil: Das Gerät könnte eines Tages dazu genutzt werden, das Kilogramm neu zu definieren.

Washington - Eine neuartige Präzisionsuhr kann einzelne Atome wiegen. Die Erfinder um Holger Müller von der University of California in Berkeley präsentieren ihre Technik im US-Fachjournal "Science". Das Verfahren könnte auch eine Neudefinition des Kilogramms ermöglichen, schreiben die Wissenschaftler. Das Kilogramm ist die letzte Grundgröße im internationalen System der Maßeinheiten, die nicht über fundamentale Naturkonstanten definiert ist.

Für ihre neuartige Atomuhr machten sich Müller und sein Team ein Phänomen der Quantenphysik zunutze. Sie besagt, dass sich Teilchen auch als Materiewellen betrachten lassen. Die charakteristische Frequenz dieser Wellen, die sogenannte Compton-Frequenz, hängt von der Masse des jeweiligen Teilchens ab. Die Wissenschaftler nutzten Materiewellen von Cäsium-Atomen als Taktgeber.

Aktuelle Atomuhren gehen zwar rund hundert Millionen Mal genauer als die Compton-Uhr. Doch erste lässt sie sich womöglich zu höherer Präzision weiterentwickeln, meinen die Forscher. Und zweitens - und vielleicht noch wichtiger: Die neue Uhr lässt sich auch andersherum benutzen: "Wenn man den Takt unserer Uhr kennt, weiß man auch die Masse des Teilchens", so Müller. "Und sobald man die Masse eines Atoms kennt, können die Massen von anderen darauf bezogen werden."

Auf diese Weise könnte es möglich werden, das Kilogramm neu zu definieren, glauben die Forscher. Seit Jahren bemühen sich Experten darum, dies - wie im Fall der übrigen Grundeinheiten - über Naturkonstanten zu tun. Dazu existieren verschiedene Vorschläge, zum Beispiel die Watt-Waage und das Avogadro-Projekt. Sollte sich die zweite Methode durchsetzen, könnte es zum Beispiel eines Tages heißen, dass 21,5 Quadrillionen Silizium-28-Atome ein Kilogramm sind.

Gegenwärtig ist das Maß aller Dinge nach wie vor das Urkilogramm. Das ist ein Platin-Iridium-Zylinder, der im Internationalen Büro für Maße und Gewichte in Paris streng gehütet wird. Zwar existieren Kopien des Urkilogramms in verschiedenen Ländern. Doch lässt es sich auf diese Weise nicht so einfach und präzise reproduzieren wie es bei der Definition über eine Naturkonstante wie etwa eine Materiewelle möglich wäre. Außerdem sind das Urkilogramm und seine Kopien inzwischen nicht mehr ganz identisch. Es geht um einen Unterschied von etwas über 0,00005 Gramm.

chs/dpa

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