Gesucht: Ein neues Kilogramm
Das ehrwürdige Ur-Kilogramm ist ins Gerede gekommen. Sicher in einem Pariser Tresor verwahrt, wird dieser Platin-Iridium-Zylinder gelegentlich hervorgeholt, um ihn mit seinen "Ablegern", den nationalen Kilogramm-Prototypen, zu vergleichen. Das Ergebnis dieser Vergleiche: Die Massen der Metallzylinder verändern sich! Relativ zu dem Pariser Ur-Kilogramm werden die meisten anderen schwerer. Ein unhaltbarer Zustand für die Metrologie, die mit klar definierten Einheiten festen Boden unter den Füßen wünscht. Also begibt sich die metrologische Welt auf die Suche. Auf die Suche nach einer neuen Definiton dessen, was ein Kilogramm sein soll.
Der aussichtsreichste Versuch einer Neudefinition scheint momentan die sogenannte Watt-Waage, ein Versuch, der besonders von der amerikanischen Schwester der PTB, dem National Institute of Standards and Technology, vorangetrieben wird. Die Gewichtskraft einer Masse im Schwerefeld der Erde wird bei diesem über mehrere Stockwerke sich erstreckenden Versuchsaufbau durch eine elektromagnetische Kraft kompensiert. Hat dieser Versuch Erfolg, wird die "neue Masse" allerdings, flapsig formuliert, "elektrisch" definiert. (Die nächsten Schülergenerationen sind dann nicht unbedingt zu beneiden.)
Aber ein Versuch allein macht noch keine neue, sichere Definition. Und so schaut alles auch nach Braunschweig zur PTB. Denn hier läuft das internationale Avogadro-Experiment. Ein Experiment, bei dem eine "große Masse" in die Summe von vielen "kleinen Massen" zerlegt werden soll – genauer: Es geht darum herauszufinden, wie viele Atome in einer nahezu perfekten Kugel aus Silizium stecken. Können die Wissenschaftler diese "Zählarbeit" leisten (sie dürfen sich dabei so gut wie nicht verzählen), dann könnte dieses Experiment in Konkurrenz zur Watt-Waage treten und dann gäbe es für das neue Kilogramm zwei unabhängige Vorschläge.
Foto: Okerlandarchiv
Ganz im Zeichen der Kugel steht die Arbeit von Arnold Nicolaus. Um zu lernen, wie viele Atome im Kristallgitter der Siliziumkugel stecken, muss Nicolaus zunächst das Kugelvolumen bestimmen. Allerdings gibt es perfekte Kugeln nur in der Mathematik. Und so genügt es nicht, den Durchmesser einmal zu messen und in die Volumengleichung für eine Kugel einzusetzen. Gefragt ist vielmehr die genaue Topographie. Nach Abertausenden Messungen ist klar: Zwar keine Kugel, aber eine sehr gute Annäherung.
Noch ist es allerdings nicht ganz soweit. Derzeit hoffen die Wissenschaftler auf eine neue Siliziumkugel, die nur aus einer einzigen Siliziumart besteht (die bisherige Kugel war ein Mix aus den drei natürlich vorkommenden Siliziumarten). Das Zählen hat kein Ende!
Weitere Informationen
„Avogadro-Konstante“, Arbeitsgruppe 3.24
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