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Naturkonstanten: Atome zählen für eine Neudefinition des Kilos

Forschende haben die Anzahl der Atome in einer hochreinen Siliziumkugel gezählt und darüber die Avogadro-Konstante nochmals genauer bestimmt. Das soll bei der Neudefinition des Kilogramms helfen, die im Jahr 2018 ansteht.
Siliziumkugel und Röntgenstrahl-InterferometerLaden...

Wenn die Beständigkeit einer Naturkonstante in Frage steht, muss eine Neudefinition her. So ergeht es derzeit dem Kilogramm. Die Lösung sehen einige Forschende darin, die Atome einer hochreinen Siliziumkugel zu zählen. So gelangen sie zu einer genaueren Vermessung der Avogadro-Konstante, die wiederum bei der anstehenden Neudefinition des Kilogramms helfen soll.

Während sich inzwischen viele physikalische Größen aus anderen Fundamentalkonstanten ableiten lassen, nimmt das Kilogramm eine Sonderstellung ein: Hierfür gibt es derzeit noch ein Urkilogramm, ein Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung, der in einem Safe im Internationalen Büro für Maß und Gewicht südwestlich von Paris lagert.

Das Urkilo hat viele Kopien in anderen Ländern – und hier beginnen die Probleme: Regelmäßige Vergleiche mit den Kopien zeigen, dass sich die Masse all dieser Körper im Lauf der Zeit minimal verändert. Daher soll im Jahr 2018 das Urkilogramm obsolet werden, indem das Kilo fortan über eine andere Konstante definiert wird: die Planck-Konstante h.

Um diese Neudefinition so genau wie möglich zu gestalten, muss also zunächst die Planck-Konstante exakt bekannt sein. Diese wiederum lässt sich unter anderem über die Avogadro-Zahl ermitteln.

Für ihre Neubestimmung der Avogadro-Konstante haben die Forschenden die Zahl der Atome in einer präzis hergestellten Siliziumkugel gezählt. Genauer gesagt haben sie die Atomabstände im regelmäßigen Siliziumkristallgitter vermessen und darüber die Zahl der Atome berechnet.

Die so neu ermittelte Avogadro-Konstante beträgt 6,02214082 x 1023 mit einer Unsicherheit von weniger als 20 Atomen pro einer Milliarde Atome. Dies berichten die beteiligten Forschenden aus Italien, Japan und Deutschland nun im "Journal of Physical and Chemical Reference Data". In ihrer vorangegangenen Messung kamen die deutschen Forschenden noch auf eine Unsicherheit von 30 Atomen pro einer Milliarde Atome.

28/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 28/2015

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