Neues Kilo-Maß Die Eine-Million-Euro-Kugel

Eine in Braunschweig entwickelte Siliziumkugel soll das neue Maß der Dinge werden - genau genommen das präziseste Kilo-Maß der Welt. Einer der Prototypen hat jetzt einen neuen Besitzer gefunden.

PTB

Eine exakt ein Kilo schwere Kugel aus Braunschweig hat für den Preis von einer Million Euro den Besitzer gewechselt. Der glänzende Körper ist einer der Prototypen für die Maßeinheit aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Dort entwickelten ihn Forscher als neues Standardgewicht für genau ein Kilogramm.

Als erster Staat habe Taiwan eine dieser Kugeln gekauft, sagte ein PTB-Sprecher am Samstag. Zuvor hatte die "Welt am Sonntag" darüber berichtet. Demnach soll die hochreine Siliziumkugel mit einem Durchmesser von 9,4 Zentimetern die Grundlage für eine neue Definition des Kilogramms bilden.

Bislang diente das seit 1889 in Paris verwahrte Urkilo als Grundmaß aller Gewichte. Es hat jedoch in den vergangenen Jahrzehnten an Masse verloren, daher musste ein Ersatz her. Warum genau das Urkilo Gewicht verliert, gibt den Forschern Rätsel auf. Der unter drei Glaskuppeln gelagerte Metallzylinder könnte durch die Reinigungsprozedur um Material erleichtert worden sein, oder durch Reaktionen an der Oberfläche des Zylinders oder einen Gasverlust des Metalls.

Gesucht wird die international gültige Maßeinheit

In den vergangenen Jahren hatten die Forscher am PTB versucht, die Atomanzahl der hochreinen Siliziumkugeln zu bestimmen. Damit könne Gewicht erstmals nach einer Naturkonstanten errechnet werden, sagte PTB-Sprecher Jens Simon: "Das ist eine Brücke zwischen dem Mikrokosmos, in dem Atome leben, und dem Makrokosmos, in dem wir leben."

Vorbild ist die SI-Einheit Sekunde. Keine Frage: Wenn sämtliche Uhren auf der Erde plötzlich verschwunden wären, gäbe es ein großes Durcheinander auf Flughäfen und Bahnhöfen. Fahrpläne wären Makulatur. Niemand könnte mehr sagen, wie lang eine Stunde, eine Minute oder eine Sekunde ist.

Aber das Chaos würde nur für kurze Zeit bestehen. Denn die SI-Einheit Sekunde ist definiert als die Zeitspanne, in der die Strahlung eines angeregten Cäsium-Atoms 9.192.631.770-mal schwingt. Der Apparat, in dem dies geschieht, heißt Atomuhr. Man baut eine solche Atomuhr - und das Problem der Zeitmessung ist gelöst.

Auch ein zweites Verfahren wird getestet

Die Braunschweiger Forscher wollen neben insgesamt acht hochwertigen Kugeln weitere Versionen in geringerer Qualität ausgeben, um die weltweite Verbreitung des Maßes zu sichern.

Parallel dazu arbeiten Forscher am Konzept der sogenannten Watt-Waage. Bei ihr wird das Kilogramm aus einer anderen Naturkonstanten, dem Planckschen Wirkungsquantum, über einen präzisen Vergleich von mechanischer und elektrischer Leistung hergeleitet. Mit einer Waage wird die Gewichtskraft einer Masse im Gravitationsfeld der Erde mit einer elektromagnetischen Kraft verglichen, die elektrischer Strom in einer Spule erzeugt.

Auch andere Basiseinheiten wie Temperatur, Stoffmengen und Stromstärke könnten künftig über Naturkonstanten definiert werden, heißt es in dem Bericht weiter. Internationale Forscher wollen darüber im November bei einer Generalkonferenz in Versailles beraten.

mhe/dpa



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permissiveactionlink 28.01.2018
1. War das eine elende Zählerei !
Aber ich habe jetzt die exakte Zahl, vorausgesetzt in der Kugel befindet sich Silizium in der irdischen Isotopenverteilung : Bei 434,89 cm^3 Volumen hat die Kugel eine Dichte von 2,3 g*cm^-3, enthält folglich 35,605..... mol Siliziumatome und das sind genau 21.441.928.979.673.395.922.333.234 . Es kann aber sein, dass ich mich hier und da verzählt habe, so ein tetraedrisches kovalentes Gitter ist ziemlich unübersichtlich ! ;-)
betonklotz 28.01.2018
2. Welchen Einfluß soll das Isotopenverhältnis auf die Anzahl haben?
Zitat von permissiveactionlinkAber ich habe jetzt die exakte Zahl, vorausgesetzt in der Kugel befindet sich Silizium in der irdischen Isotopenverteilung : Bei 434,89 cm^3 Volumen hat die Kugel eine Dichte von 2,3 g*cm^-3, enthält folglich 35,605..... mol Siliziumatome und das sind genau 21.441.928.979.673.395.922.333.234 . Es kann aber sein, dass ich mich hier und da verzählt habe, so ein tetraedrisches kovalentes Gitter ist ziemlich unübersichtlich ! ;-)
Richtig ist, daß das Mischungsverhältnis der verschiedenen Isotope wesentlich für die Masse ist, aber auf die Atomzahl in einem gegebenen Volumen hat sie keinen Einfluß. Ich mußte allerdings beim Lesen des Artikels auch sofort an die Problematik der verschiedenen Isotope denken, denn ein eindeutriger Zusammenhang zwischen Teilchenzahl und Masse besteht nur dann, wenn man dieses Verhältnis exakt festlegen kann. Auch frage ich mich weshalb man sich für die Kugelform entschieden hat. Spontan würde ich bei einer solchen Aufgabe eine Form wählen, die der Kristalstruktur entspricht. Das theoretische Optimum für diese Aufgabe wäre wohl ein Diamant aus reinem 12C, welcher keinerlei Gitterfehler aufweist, eine äußere Form hat die exakt an den Gitterebenen ausgerictet ist und bei dem die freien Valenzen an der Oberfläche mit Fluor abgesättigt sind. So ein Diamant wäre allerdings "ziemlich" teuer. ;) Und nach heutigem Stand der Technik noch Zukunftsmusik.
Hokuspokus 28.01.2018
3. Interessant wäre mal gewesen...
..wie man nun die Kugel genau so herstellt, dass sie ein Kilo hat. Werden da die einzelnen Atome abgezählt? Wohl kaum. Und das Siliziumpulver o.ä. vorher mit der Küchenwaage zu wiegen bringt ja auch nichts, Also?
auweia 28.01.2018
4. DIE Vorleistung kommt vom Berliner Institut für Kristallzüchtung
Zitat von Hokuspokus..wie man nun die Kugel genau so herstellt, dass sie ein Kilo hat. Werden da die einzelnen Atome abgezählt? Wohl kaum. Und das Siliziumpulver o.ä. vorher mit der Küchenwaage zu wiegen bringt ja auch nichts, Also?
Liest Du hier: http://www.tagesspiegel.de/wissen/abloesung-fuer-das-ur-kilo-die-perfekte-masse/10349430.html
Epaminaidos 28.01.2018
5.
Zitat von betonklotzRichtig ist, daß das Mischungsverhältnis der verschiedenen Isotope wesentlich für die Masse ist, aber auf die Atomzahl in einem gegebenen Volumen hat sie keinen Einfluß. Ich mußte allerdings beim Lesen des Artikels auch sofort an die Problematik der verschiedenen Isotope denken, denn ein eindeutriger Zusammenhang zwischen Teilchenzahl und Masse besteht nur dann, wenn man dieses Verhältnis exakt festlegen kann. Auch frage ich mich weshalb man sich für die Kugelform entschieden hat. Spontan würde ich bei einer solchen Aufgabe eine Form wählen, die der Kristalstruktur entspricht. Das theoretische Optimum für diese Aufgabe wäre wohl ein Diamant aus reinem 12C, welcher keinerlei Gitterfehler aufweist, eine äußere Form hat die exakt an den Gitterebenen ausgerictet ist und bei dem die freien Valenzen an der Oberfläche mit Fluor abgesättigt sind. So ein Diamant wäre allerdings "ziemlich" teuer. ;) Und nach heutigem Stand der Technik noch Zukunftsmusik.
Es hat praktische Vorteile: Die exakte Form der Kugel ist am einfachsten zu kontrollieren und zu messen. Bei einer Form mit Ecken wäre das wesentlich schwerer. Außerdem treten an den Oberflächen wohl irgendwelche Oberflächeneffekte auf, die zu Messfehlern führen. Also wird die Oberfläche im Verhältnis zum Volumen so klein wie möglich gewählt. Also eine Kugel.
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