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PTB-Jahresbericht 2021

VorwortVorwort

Mit Genauigkeit, Objektivität und Leidenschaft in der Metrologie ein wenig dazu beizutragen, die Welt zu gestalten, in der wir leben wollen – das und nicht weniger ist unser Anspruch!

Der Kompass durch unsere Leitwerte ist wichtiger denn je! Dies zeigt uns dieses Jahr voller Herausforderungen. Ein Konjunkturprogramm nie dagewesenen Ausmaßes, verursacht durch ein Coronavirus, das sich immer wieder neu erfindet. Die immer drängendere Notwendigkeit, den Klimawandel zu stoppen und die Energieversorgung neu aufzustellen. Und das in einer Zeit zunehmender internationaler Spannungen, in einer Epoche, die geprägt ist durch vollständig neue, disruptive, digitale und vernetzte Produkte, die alte Geschäftsmodelle und sicher geglaubte Wahrheiten überrollen!

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Metrologisch gesicherte, rückgeführte und somit inter- national vergleichbare wissenschaftliche Daten, Fakten und Erkenntnisse sind mehr denn je die Grundlage dafür, diese Herausforderungen zu meistern. Verlässliche „goldene“ Datensätze sowie kontrolliert getestete und trainierte, robuste und nachvollziehbare Algorithmen der „künstlichen Intelligenz“ (KI) sind die Voraussetzung dafür, die Qualität vernetzter Produkte nach europäischen Wertestandards zu garantieren. Autonome Fahrzeuge, Smart Homes, Smart Cities oder personalisierte Medizin, die oft auf Hunderten, ja Tausenden von Sensordaten beruhen, werden nur dann im Markt erfolgreich sein, wenn sie sicher und von der Gesellschaft akzeptiert sind.

Das „Geschäftsmodell“ der PTB, die Qualität von Messverfahren und Messwerten zu garantieren und zu sichern, ist heute, genau 135 Jahre nach Gründung der Reichsanstalt, aktueller und lebendiger denn je! Das gilt für einzelne Messgrößen und deren Einheiten, die wir nicht selten mit weltweit führender Präzision und Genauigkeit realisieren, ebenso wie in Zukunft für vernetzte Sensoren und deren Daten – für die systemische Metrologie. Die anwesenden und zugeschalteten Gäste unseres Symposiums anlässlich des 200. Geburtstages von Hermann von Helmholtz, unter dem Motto „Helmholtz und die Metrologie – gestern, heute, morgen“ konnten sich genau davon eindrücklich überzeugen.

Und ja, Sie alle gestalten die Welt der Metrologie von morgen in all ihren Facetten – für Gesellschaft, Industrie und Wissenschaft.

So ist es uns auch in diesem Jahr wieder gelungen, intern alle Corona-Infektionen zu verfolgen – herzlichen Dank an den Krisenstab und an die nimmermüde Hotline. Es ist uns dank Ihrer aller Umsicht und Mitarbeit wieder gelungen, unsere Aufgaben auch unter Corona-Bedingungen zu erfüllen und dabei unser aller Sicherheit weitestgehend zu gewährleisten. Arbeiten im Homeoffice ist tagtägliche Routine geworden – danke an unsere IT – und wird uns auch nach Corona neue Möglichkeiten eröffnen, wenn wir sie verantwortungsvoll nutzen – danke an die Verwaltung und den Personalrat!

Gleichzeitig bringen uns neue metrologische Verfahren an die Weltspitze bei der quantitativen Vermessung der Viruslast in Seren – nicht nur für Corona, sondern für viele Virusinfektionen eine entscheidende Größe für die Therapie. Das ist nur ein Beispiel aus der Metrologie für die Gesundheit.

Das gleiche gilt für die Bestimmung gigantischer Drehmomente oder die Vermessung von Getrieben in Windenergieanlagen im neuen Kompetenzzentrum für Windenergie, für die Effizienz einzelner Photovoltaikzellen bis hin zu vollständigen Anlagen im gerade entstehenden Zentrum. Es gilt für Wärme-, Wasser-, Gasmengen- und Temperaturmessungen, für Form- und Reflexionsmessungen von Spiegeln oder für die Bestimmung von Radioaktivität, um nur einige zu nennen. Und es gilt für die Charakterisierung möglicher Störungen durch Windenergieanlagen, etwa an Drehfunkfeuern der Flugsicherung oder über Infraschallbelastung bei Anwohnern. Beispiele aus der Metrologie für Umwelt, Klima und Energie.

Neue Herausforderungen erfordern neue organisatorische Strukturen. Ihr Engagement in den Lenkungskreisen koordiniert und synchronisiert unsere Aktivitäten zu den Themen Energie, Umwelt und Klima, Gesundheit, Quantentechnologie und Digitalisierung. Und das äußerst erfolgreich, oft mit großer Sichtbarkeit – besten Dank an alle Koordinatoren.

So z. B. in den Quantentechnologien. Mit großem Erfolg engagiert sich hier unser Quantentechnologie- Kompetenzzentrum, unterstützt mit 25 Mio. € aus dem Konjunkturpaket, unter anderem in der Kalibrierung, Standardisierung und Ausbildung sowie bei der Unterstützung von Start-ups. Wir liefern und charakterisieren Ionenfallen, die Schlüsseltechnologie für den Bau eines Quantencomputers, zusammen mit unseren Partnern im Quantum Valley Lower Saxony.

Oder in der Digitalisierung, wo mit agilen Methoden die Arbeiten im neuen Fachbereich „Metrologie für die digitale Transformation“ koordiniert werden. Hier setzt unsere KI-Strategie für die Metrologie weltweit Standards. Zwei Juniorprofessuren und zehn neue Mitarbeitende, unterstützt mit 15 Mio. € aus dem Konjunkturpaket, entwickeln metrologische Konzepte für KI. „QI-Digital“, die gemeinsame Anstrengung mit BAM, DIN und DAkkS, unsere Dienstleistungen in die digitale Welt zu transformieren, macht große Fortschritte. Unsere Aktivitäten zum Digitalen Kalibrierschein (DCC) gehen schnell voran, sind international führend und werden flankiert von Aktivitäten am CIPM unter PTB-Führung zu international vereinbarten Metadatenformaten.

Strukturell noch weiter in die Zukunft gedacht, in vielerlei Hinsicht in völliger Übereinstimmung mit den Zielen zu einer neuen Verwaltung im Koalitionsvertrag, ist unser Vorschlag zur Gründung eines „Innovationszentrums für systemische Metrologie“ (IZSM). Hier sind wir zum einen im intensiven Gespräch mit der neuen Leitung des BMWK, zum anderen schreiten wir jedoch auch schon voran: Drei neu eingestellte Mitarbeitende koordinieren erfolgreich die Themenfelder „Stadt der Zukunft“, „Mobilität“ und „Digitale Medizin“ unter der Leitung der Geschäftsführung des nun gegründeten Vereins, IZSM e. V. – vielen Dank dafür!

Und ja, neue Herausforderungen erfordern eine funktionierende Infrastruktur. Hier leistet die Abteilung Q Gigantisches, wovon man sich leicht bei einem Gang über unser Gelände überzeugen kann.

Richtungsweisend sind nicht nur Themen und Strukturen, sondern nicht zuletzt auch Personalentscheidungen. Hier freut es mich ganz besonders, dass es dem Kuratorium gelungen ist, frühzeitig meine Nachfolgerin zu identifizieren und mit dem BMWK abzustimmen. Mit Prof. Dr. Cornelia Denz übernimmt eine exzellente Wissenschaftlerin und zugleich auch PTB- Kennerin (u. a. durch ihre langjährige Kuratoriumstätigkeit) das Präsidentenamt. Ich bin sicher, die Zukunft der PTB liegt bei ihr in den besten Händen, und ich wünsche ihr viel Erfolg bei dieser herausfordernden, aber auch sehr schönen Aufgabe.

Und am Ende meiner Amtszeit bedanke ich mich bei Ihnen allen, die Sie die PTB zu dem machen, was sie war, ist und auch weiterhin sein wird: eine exzellente Forschungsinstitution, ein zuverlässiger Dienstleister für die Wirtschaft und Gesellschaft, ein Garant für objektive und vertrauenswürdige Messungen.

Mein Dank gilt ganz besonders den Mitgliedern des Präsidiums, den jeweiligen Vizepräsidenten, der Leitung sowie allen Mitarbeitenden des Präsidialen Stabs und nicht zuletzt den Sekretariaten. Ihr Engagement in der „P-Etage“, die gegenseitige Hilfsbereitschaft und Ihre immer gute Laune, auch bei hoher Arbeitsbelastung, hat die Arbeit an der PTB zu einer tagtäglichen Freude gemacht.

Es war mir ein Privileg, mit Ihnen allen zusammenarbeiten zu dürfen – und dabei meinen Teil dazu beizu- tragen, die PTB für die Herausforderungen der Zukunft gut aufzustellen.

 

Nachrichten des Jahres 2021

Nachrichten des JahresNachrichten des Jahres

Prof. Dr. Piet O. Schmidt hat den mit 2,5 Millionen Euro dotierten ERC Advanced Grant der EU für ein fünfjähriges Projekt erhalten, das sich mithilfe optischer Uhren fundamentalen Fragen nähern will: Ist unsere Beschreibung der Natur vollständig? Was ist dunkle Materie? Ändern sich Naturkonstanten mit der Zeit oder dem Ort?

Theoretische Vorhersagen bescheinigen optischen Uhren, bei denen...

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Das im Aufbau befindliche Quantentechnologie-Kompetenzzentrum (QTZ) in der PTB soll eine wichtige Basis für industrielle Entwicklungen schaffen. Im Bild die Skizze des geplanten Neubaus am Braunschweiger Standort.

Im Jahr 2021 hat die PTB das bereits vorhandene Team ihres neu gegründeten Quantentechnologie-Kompetenzzentrums (QTZ) mit sechs weiteren Stellen ausgestattet. Das QTZ unterstützt – zusammen mit Partnern aus der Industrie – gezielt die Überführung unterschiedlicher Quantentechnologien in die Anwendung mit wirtschaftlichem Potenzial. Es fungiert als zentraler Ansprechpartner für die Industrie an der...

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Herstellung von Ionenfallen-Quantenprozessoren in der PTB. Im Bild: Dr. Amado Bautista-Salvador von der Arbeitsgruppe Quantum Engineering mit gespeicherten Ionen des QUEST-Instituts.

Quantencomputer sollen Probleme lösen, für die selbst die modernsten Supercomputer von heute nicht leistungsfähig genug sind. Ihre Entwicklung läuft weltweit auf Hochtouren. Hierbei stellen gefangene Ionen und Supraleiter zur Realisierung der Quantenbits die vielversprechendsten Technologieplattformen dar. Die PTB arbeitet dabei intensiv an der Ionenfallentechnologie. Für das Verbundprojekt MIQRO,...

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Vergleiche zwischen Ytterbium- und Cäsium-Atomuhren an verschiedenen Orten (x) und zu verschiedenen Zeiten (t) untermauern die Konstanz von Naturkonstanten.

Eine Naturkonstante sollte immer den gleichen Wert besitzen, unabhängig davon, zu welcher Zeit oder an welchem Ort sie bestimmt wird. Auch Einsteins Relativitätstheorie nutzt diese grundlegende Annahme, die als lokale Positionsinvarianz (LPI) bekannt ist. In der PTB wurde die Gültigkeit der LPI nun mit einem deutlich verbesserten experimentellen Test untermauert. Motiviert wurden die...

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Foto: Shutterstock

Damit Qualität und Verlässlichkeit auch in einer digitalisierten Welt gelten, arbeitet die PTB mit, auf deutscher, europäischer und globaler Ebene eine digitale Qualitätsinfrastruktur zu entwickeln.

Dazu gehören international akzeptierte Datenformate, die die digitale Rückführung auf das Internationale Einheitensystem (SI) ermöglichen. Aus diesem Grund hat das Internationale Komitee für Maß und...

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Spannungsfeld beim Einsatz künstlicher Intelligenz in der Medizin. Die Qualitätsaspekte (links) sind Grundvoraussetzung für die Zulassung zur Nutzung in den verschiedenen Anwendungen (rechts).

Im Zuge der Digitalisierung beschleunigt sich auch die Entwicklung digitaler Produkte und Dienstleistungen, die künstliche Intelligenz (KI) verwenden, enorm. Für viele medizinische Herausforderungen könnten KI-Verfahren die Lösung sein: Beispielsweise werden in bildgebenden Verfahren große Mengen von Daten generiert, die durch Ärzte nicht zu bewältigen sind, von einem Algorithmus aber in Sekunden...

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Die europäischen Metrologieinstitute arbeiten unter dem Dach von EURAMET e. V. eng zusammen. (Abbildung: Shutterstock)

Durch gemeinsame Forschung und die Bündelung aller Kompetenzen lassen sich Herausforderungen am besten meistern. Aus dieser Erkenntnis heraus arbeiten die Metrologieinstitute unter dem Dach des europäischen Verbandes EURAMET e. V. schon seit Jahren eng zusammen – vor allem mithilfe europäisch kofinanzierter Forschungsprogramme. Nach Zustimmung durch das Europäische Parlament und den Rat stellt die...

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Fortschrittliche Fertigungsmethoden greifen die Möglichkeiten der Digitalisierung für die Sicherung der Produktqualität in flexiblen Fertigungsinfrastrukturen auf. (Abbildung: Adobe Stock / metamoworks)

Der Produktionssektor ist das Rückgrat der europäischen Industrie, mit rund 2 Millionen Unternehmen und mehr als 30 Millionen Arbeitsplätzen. Um hier zukunftsfähig zu bleiben und zentrale Herausforderungen wie Digitalisierung und Nachhaltigkeit zu meistern, fördert die EU die Forschung zu fortschrittlichen Produktionsverfahren. Besser bekannt unter dem englischen Namen „Advanced Manufacturing“,...

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Länder der Gründungsmitglieder des Europäischen Metrologienetzwerks für Strahlenschutz. Der Farbcode entspricht ihrem jeweiligen Beitrag an personellen Kapazitäten. Insgesamt sind es mehr als 220 Vollzeitbeschäftigte (engl. Full Time E quivalents, kurz FTEs).

Die gesellschaftliche Bedeutung des Strahlenschutzes wächst: Weltweit sind mehr als 23 Millionen Menschen bei der Arbeit zeitweise ionisierender Strahlung ausgesetzt; die natürliche Strahlung ist allgegenwärtig und betrifft alle. Zudem wird das Thema Strahlenschutz immer vielfältiger: Neueste Entwicklungen wie etwa gepulste Strahlung in medizinischen, industriellen oder technischen Anwendungen...

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Durch den Einsatz von mit regenerativer Energie erzeugtem Wasserstoff will die Salzgitter Flachstahl GmbH ihre CO<sub>2</sub>-Emissionen deutlich senken. Gemeinsam mit der PTB soll eine präzise Mengenmesstechnik für den grünen Wasserstoff entwickelt werden. (Foto: Salzgitter AG)

Im Rahmen des Klimaschutzes gewinnt Wasserstoff – insbesondere grüner Wasserstoff – zunehmend an Bedeutung. Sowohl in der Energieversorgung als auch der Mobilität und der Industrie lässt sich mit Wasserstoff die Verbrennung fossiler Energieträger deutlich reduzieren. Auch die deutsche Stahlindustrie, die mit ca. 6 % einen signifikanten Anteil an den Treibhausgasemissionen in Deutschland hat,...

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