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Künstlerische Darstellung eines Atoms mit Atomkern und -hülle.

Eine Uhr als Atomwaage

Forscher haben eine neuartige Präzisionsuhr entwickelt, die sich auch als Atomwaage eignet. Sie könnte eines Tages dazu genutzt werden, das Kilogramm neu zu definieren. Die Erfinder um Holger Müller von der Universität von Kalifornien in Berkeley machten sich ein Phänomen der Quantenphysik zunutze.

Physik 11.01.2013

Letztere besagt, dass jedes Teilchen zugleich eine Materiewelle ist. Die charakteristische Frequenz dieser Wellen, die sogenannte Compton-Frequenz, hängt von der Masse des jeweiligen Teilchens ab.

Die Wissenschaftler nutzten Materiewellen von Cäsium-Atomen als Taktgeber. "Unsere Uhr geht auf sieben Milliardstel genau", erläuterte Holger Müller in einer Mitteilung seiner Universität. "Das entspricht einer Sekunde in acht Jahren und ist ungefähr so gut wie die allererste Cäsium-Atomuhr vor 60 Jahren."

Masse: Suche nach natürlicher Basis

Aktuelle Atomuhren gehen rund 100 Millionen Mal genauer. Aber möglicherweise lasse sich die Compton-Uhr zu höherer Präzision weiterentwickeln, meinen die Forscher.

Zudem lässt sich die Uhr auch andersherum benutzen: "Wenn man den Takt unserer Uhr kennt, weiß man auch die Masse des Teilchens", erläuterte Müller. "Und sobald man die Masse eines Atoms kennt, können die Massen von anderen darauf bezogen werden." Auf diese Weise könnte es möglich werden, das Kilogramm neu zu definieren, glauben die Forscher.

Seit Jahren bemühen sich Metrologie-Experten, das Kilogramm wie die übrigen Grundeinheiten über Naturkonstanten zu definieren. Dazu existieren verschiedene Vorschläge.

Gegenwärtig ist das Maß aller Dinge nach wie vor das Urkilo, ein Platin-Iridium-Zylinder, der im Internationalen Büro für Maße und Gewichte in Paris streng gehütet wird. Zwar existieren Kopien des Urkilos in verschiedenen Ländern, doch lässt es sich auf diese Weise nicht so einfach und präzise reproduzieren wie es bei der Definition über eine Naturkonstante wie etwa eine Materiewelle möglich wäre.

science.ORF.at/dpa

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