Die Uhr, die auch als Waage funktioniert

Klaus Taschwer, 10. Jänner 2013, 21:33
  • Die Quantenmechanik macht es möglich: Atome können dazu verwendet werden, um Zeit zu messen - und umgekehrt. Das könnte einmal das Urkilo ersetzen.
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    Die Quantenmechanik macht es möglich: Atome können dazu verwendet werden, um Zeit zu messen - und umgekehrt. Das könnte einmal das Urkilo ersetzen.

Das Urkilogramm und seine Kopien legen ganz leicht an Masse zu, dem würde ein Sonnenbad Abhilfe schaffen - Physiker stellen neue Atomuhr vor, mit der man Masse präziser messen kann

Washington/Wien - Das Maß aller Dinge - zumindest in Massefragen - steht im Internationalen Büro für Maße und Gewichte in Paris. Es ist ein Zylinder, der je 39 Millimeter hoch und breit ist und zu 90 Prozent aus Platin und zu zehn Prozent aus Iridium besteht. Dieses kleine Metallobjekt, das unter zwei Glasglocken steht, ist genau ein Kilogramm schwer und die Referenz für das Messen von Masse.

Im Prinzip wäre es egal, wie viel dieses Urkilo genau wiegt, solange alle nach dem exakt gleichen Standard arbeiten. Doch genau das macht seit vielen Jahren gewisse Schwierigkeiten.

Für den praktischen Gebrauch wurden vor 29 Jahren 40 offizielle Kopien des Urkilos hergestellt, die in verschiedenen Ländern das exakte Wiegen garantieren. Diese insgesamt 41 Kilos legen aber seit ihrer Anfertigung ganz leicht an Masse zu: Verunreinigungen haben sich im Laufe der Zeit auf der Platin-Iridium-Oberfläche angesammelt, was dazu führte, dass sich die Urkilos im Mikrogrammbereich unterscheiden.

Sonnenbad für das Urkilo

Diesen Ungleichgewichten wollen Peter Cumpson und Naoko Sano von der Newcastle University Abhilfe schaffen. Wie sie in der aktuellen Ausgabe des Fachblatts "Metrologia" berichten, bestrahlten sie Platin-Iridium-Oberflächen, die ähnliche Ablagerungen aufwiesen wie die Kilogrammprototypen, mit einer Mischung aus ultravioletter Strahlung und Ozon und verpassten ihnen damit im Prinzip ein Sonnenbad. Das Experiment gelang, und die Beläge ließen sich durch diese Behandlung leicht entfernen.

Trotz dieser Maßnahme bleibt ein grundsätzliches Problem: Die Masse ist die einzige der sieben Basiseinheiten, die ein physisches Ding als Referenz hat. Alle anderen Einheiten, darunter das Meter, die Lichtstärke oder die Sekunde, beruhen dagegen auf Naturkonstanten wie der Lichtgeschwindigkeit oder einem Zustandsübergang bestimmter Atome.

Aus diesem Grund gibt es seit Jahren eine intensive Diskussion darüber, auch das Urkilo durch eine präzisere physikalische Bezugsgröße zu ersetzen. Der neueste Vorschlag kommt von einem Forscherteam um Holger Müller von der Universität Berkeley. In der neuen Ausgabe von "Science" stellen sie eine neue Atomuhr vor, die zugleich als Ultrapräzisionswaage für Atome dienen kann.

Für ihre neuartige Entwicklung nutzten Müller und seine Kollegen eines der wunderlichen Phänomene der Quantenphysik: Da sich Teilchen auch als Materiewellen betrachten lassen, hängt die charakteristische Frequenz dieser Wellen - in der Fachsprache Compton-Effekt genannt - von der Masse des jeweiligen Teilchens ab.

Während herkömmliche Atomuhren auf der Frequenz von Strahlungsübergängen von Elektronen beruhen, nutzen die Physiker für ihre neue Uhr Materiewellen von Cäsium-Atomen. Ihre neue Atomuhr geht immerhin auf sieben Milliardstel genau (also einer Sekunde in acht Jahren), kann mit heutigen Atomuhren aber (noch) nicht konkurrieren: Die sind um bis zu 100 Millionen Mal genauer.

Takt bestimmt Atommasse

Die eigentliche Pointe an der neuen Uhr ist aber, dass sie sich auch andersherum einsetzen lässt. Wenn die Forscher den Takt ihrer Uhr kennen, dann kennen sie auch die exakte Masse des Teilchens. Und sobald die bekannt ist, können die Massen von anderen darauf bezogen werden. Das wieder könnte den Weg zu einer neuen Kilogramm-Definition ebnen. (Klaus Taschwer, DER STANDARD, 11.01.2013)

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Was ist die Breite eines Zylinder?

Ein Körper mit runder Grundfläche wird normal mit dem Durchmesser/Radius oder Umfang beschrieben.

http://goo.gl/fb/BChMK hier ist das weit besser erklärt

"Da sich Teilchen auch als Materiewellen betrachten lassen, hängt die charakteristische Frequenz dieser Wellen - in der Fachsprache Compton-Effekt genannt - von der Masse des jeweiligen Teilchens ab."

Hat Herr Taschwer in Physik nicht aufgepasst?

Wobei bei der spärlichen Information dieses Artikels nicht auszuschließen ist, daß die Massenmessung dieser Atomuhren tatsächlich auf dem Compton-Effekt beruht.

Das stimmt, aber der Satz ist so dennoch falsch.

Ich sag nur...

...De Broglie !

Nicht ein Sonnenbad, sondern einen Sonnenbrand .

"... Da sich Teilchen auch als Materiewellen betrachten lassen, hängt die charakteristische Frequenz dieser Wellen - in der Fachsprache Compton-Effekt genannt - von der Masse des jeweiligen Teilchens ab..."

wer wird jetzt wohl im grab schneller rotieren, der compton oder der deBroglie?

also definition selbst vlt. geeignet

nur bin ich mir nicht ganz so sicher, ob das passend ist. alle anderen definitionen wie meter oder sekunden lassen sich relativ einfach implementieren (zb übergänge zählen und nach einer gewissen anzahl ist halt die sekunde vorbei). bei dieser methode für massen ist das nicht ganz so einfach. man kann zwar dann die masse eines einzelnen atoms ausmessen, aber man kann sich dann schwer ein kilo draus zusammenbauen. zudem ist das ausmessen von atommassen jetzt nicht soooo ungenau, dass man diese definition nicht bisher schon verwenden hätte können, insofern bin ich mir jetzt nicht sicher, ob der artikel da nicht was verschweigt

es gibt allerdings das avogadro projekt, das glaub ich im moment die grösste aussicht auf erfolg hat

Abstauben hilft auch.

Sagt meine Frau.

"Im Prinzip wäre es egal, wie viel dieses Urkilo genau wiegt, solange alle nach dem exakt gleichen Standard arbeiten. Doch genau das macht seit vielen Jahren gewisse Schwierigkeiten."

In Amerika haben's eine falsche Kopie erwischt, die nur 45% der Masse hat.
Die nennen das pound und leiten daraus sogar ihre Größen ab.

Das führt laufend zu Verwirrungen. :)

Dazu kürzen sie "Pund" mit lb ab, was ja auch sehr viel Sinn ergibt.

Die Abkürzung lb für Pfund kommt vom lateinischen libra. Im übrigen wie auch £ für Pfund Sterling steht. Auch $ kommt vom römischen solidus.

War nicht vor einigen Jahren zu lesen, dass das Urkilogramm leichter geworden ist?

Ja - allerdings wusste man damals noch nicht ob das Original leichter oder die Vergleichsobjekte schwerer geworden sind

Inzwischen scheint alles drauf hinzudeuten dass zumindest auch die Vergleichsobjekte schwerer geworden sind.
Ein Teil des Leichterwerdens kann aber immer noch zB am "abwischen" gelegen haben.
Solange man nur herumwiegen kann wird man es nie genau wissen.

"hängt die charakteristische Frequenz dieser Wellen von der Masse des jeweiligen Teilchens ab."

wohl eher umgekehrt, die masse die die welle "simmuliert" hängt von ihrer frequenz ab

sie sprechen...

... von der tachyoneninduzierten schauberger frequenz 4. ordnung, die man im anti higgs feld feststellen kann.

dada ist nur von der ordinaeren compton wellenlaenge die rede

ach was, ich rede von branen der 5. ordnung in der 7.co dimension von links, die 10 hoch-35 sekunden nach dem urknall mit den galileon termen salsa tanzten...

nachzulesen hier:

http://www.spektrum.de/alias/vom... nn/1040493

Find ich sehr sympathisch, dass Menschen die Wörter wie "tachyoneninduzierten" kennen auch Wörter wie "dada" verwenden. ;)

"Ether Dynamics and the Quantum Physics of Turkey Milk"
Resi Tupfer, FS3
University of Feng Shui Pottery Press, 1998

Sonnenbad-Diät!

@Redaktion: 7 milliardstel Sekunden sind was anderes als eine Sekunde in acht Jahren, oder?

Kommt drauf an ....

wie genau sie es wissen wollen. Genauer wären das 1.72368 Sekunden in acht Jahren (mit angenommenen 2 Schaltjahren).

Allerdings dürfte die Ganggenauigkeit ja nicht wirklich genau 7 Milliardstel auf 9 Stellen genau sein.
Wenn die Ganggenauigkeit also zB 7 +- 0.5 Milliardstel ist, dann ist das 1.7 +- 0.1 Sekunden auf 7 Jahre.

nachdem das urkilo jahrzehntelang abgenommen hat, kann also entwarnung gegeben werden? http://www.wired.com/magazine/... _kilogram/

und hier noch die anleitung: wie putze ich mein urkilo richtig http://www.wired.com/wiredscie... -constant/

auch ich lege leicht an masse zu...

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