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.

Forscher Müller (li.) und Shau-Yu Lan: Compton-Frequenz hängt von Teilchenmasse ab Zur Großansicht
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Forscher Müller (li.) und Shau-Yu Lan: Compton-Frequenz hängt von Teilchenmasse ab

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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insgesamt 19 Beiträge
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1.
Offenbarungsjoe 11.01.2013
Zwei Korrekturen: Die im zweiten Absatz genannte charakteristische Frequenz von Materiewellen heißt DeBroglie-Frequenz. Weiterhin sollte der zweite Satz im dritten Absatz wohl entweder "Doch erstens..." oder auf die zweite erwähnte Uhr Bezug nehmen.
2. Augenzwinker
ruebenkatze 11.01.2013
Zitat von OffenbarungsjoeZwei Korrekturen: Die im zweiten Absatz genannte charakteristische Frequenz von Materiewellen heißt DeBroglie-Frequenz. Weiterhin sollte der zweite Satz im dritten Absatz wohl entweder "Doch erstens..." oder auf die zweite erwähnte Uhr Bezug nehmen.
Und ich dachte immer, die Kombination Physik und Deutsch für Lehramt sei zu exotisch ;-) So, jetzt aber im Ernst: Die Suche nach dem "Naturkonstantenkilogramm" ist eine fantastische und spannende Geschichte, von der ich gerne viel mehr hören und lesen würde.
3. lol
Layer_8 11.01.2013
Zitat von sysopNein, 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. Compton-Uhr: Neue Uhr kann Atome wiegen - SPIEGEL ONLINE (http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/compton-uhr-neue-uhr-kann-atome-wiegen-a-876837.html)
Scheint so eine Art Laser zu sein, nur wird der Lichtstrahl durch Materiewellen (de Broglie! 1923, Doktorarbeit!) induziert statt durch Lichtwellen. Geile Idee. P.S. Comptonwellenlängen kommen wohl eher bei Röntgenstrahlen vor, was aber prinzipiell das gleiche ist :)
4.
reuanmuc 11.01.2013
Zitat von ruebenkatzeSo, jetzt aber im Ernst: Die Suche nach dem "Naturkonstantenkilogramm" ist eine fantastische und spannende Geschichte, von der ich gerne viel mehr hören und lesen würde.
Die Geschichte ist in der Tat spannend, sowohl für Physiker als auch genauso für Philosophen, denn es geht an die Grundlagen der Naturwissenschaft (abgesehen von Privatoffenbarungen): wo ist das Fundament der Natur, sind es die Naturkonstanten? Reichen die Naturkonstanten aus, um auch die Masse noch zu integrieren? Oder wird mit der empirischen Messung des Urkilogramms nur eine neue Lücke aufgerissen? Eine Möglichkeit ist, es gibt eine bestimmte Größe in der Natur, die messbar ist und von der alle anderen Größen direkt oder indirekt abgeleitet werden können. Die andere Möglichkeit ist, es gibt keine solche Größe, d.h. sie ist empirisch nicht erkennbar, sondern sie muss mehr oder weniger willkürlich bestimmt werden wie das Urkilogramm und alle Größen ergeben sich aus gegenseitigen Vergleichen. Ich persönlich tendiere zur zweiten Möglichkeit, weil es nicht möglich sein kann, die "Grundgröße" des Universums zu erkennen. Eine weiße Figur vor einem weißen Hintergrund ist nicht erkennbar. Man braucht also einen andersfarbigen Hintergrund. Das "Andersfarbige" ist aber selber wieder eine Farbe, die irgendwie bestimmt werden müsste. Man dreht sich also ewig im Kreis! In einem Haus ohne Fenster kann man nicht die Außenfassade und den Standort oder die Umgebung erkennen. Auf einem Schiff ohne Land in Sicht kann man nicht den Meeresspiegel messen. Aus dem Universum können wir nicht heraus, um es von außen zu betrachten. Man kann der Wahrheit sehr nahe kommen, kann sie aber nie erreichen.
5. So ein Schwachsinn...
Rabies 11.01.2013
JanFanta... rumspinnen kann jeder... ich werde die einzelnen Argumente nicht auseinander nehmen, dafür ist Ihre Betrachtung schon zu absurd und grenz wohl eher an künstlerische Freiheit statt an wissenschaftlichen Grundlagen.
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