Forschungsquartett | Urkilogramm

Das neue Kilo

22.05.2018

Das Pariser Urkilogramm verliert an Gewicht. Mit einer Geschwindigkeit von 50 Mikrogramm pro hundert Jahren schrumpft es – und niemand weiß warum. Für die moderne Physik ist das ein Unding. Doch nun könnte es eine Lösung geben.

Was wiegt die Welt?

Wie viel ist ein Kilo Mehl? Für die meisten ist die Antwort leicht: 1000 Gramm sind ein Kilo. Doch das Kilogramm, das für uns heute ganz normal ist, gibt es noch gar nicht so lange. Damit aber jeder weiß, wie viel ein Kilo wiegt, haben sich die Nationen vor fast 120 Jahren auf das sogenannte Urkilogramm geeinigt. Dabei handelt es sich um einen Platinzylinder, der in Paris liegt und dort vom Internationalen Büro für Maß und Gewicht streng bewacht wird. Es gibt aber einen Haken: der Zylinder verliert an Gewicht.

Dem Urkilogramm auf der Spur

Wissenschaftler aus der ganzen Welt versuchen deswegen eine Lösung für das Problem zu finden. Einer von ihnen ist Arnold Nicolaus. Er arbeitet für die Physikalisch-Technische Bundesanstalt.

In hundert Jahren nimmt das Urkilogramm um etwa 50 Mikrogramm ab. Das bedeutet, in etwa zehn Jahren sind es fünf Mikrogramm. Und die sind ziemlich eindeutig an einer Waage ablesbar. – Arnold Nicolaus, Gruppenleiter an der Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Damit ist klar: Das Kilogramm muss neu bestimmt werden. Die Herausforderung ist dabei, einen Weg zu finden, der auf physikalischen Gesetzen beruht. Ein Beispiel ist der Meter. Der beruht heutzutage auf der Berechnung der Lichtgeschwindigkeit. Doch wie lässt sich ein Kilogramm durch ein Naturgesetz ableiten?

Das Planck’sche Wirkungsquantum

Die Antwort liefert das Planck’sche Wirkungsquantum. Sie bezeichnet das Verhältnis von Energie und Frequenz eines Lichtteilchens. Damit ist es den Wissenschaftlern gelungen, die Atome in einer Kugel aus Silizium-28 zu bestimmen. Weil sie außerdem wissen, wie schwer diese Atome sind, können sie feststellen, wie viele Atome einen Kilogramm erzeugen.

Diese neue Methode hat Vorteile. So ist die Bestimmung des Kilogramms nun nicht mehr dem Zufall überlassen. Außerdem können nun beliebig viele solcher Silizium-28-Kugeln erzeugt werden. Ob das Problem damit allerdings gelöst ist, wird sich erst Ende diesen Jahres zeigen. Dann soll auf der 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht eine neue Definition des Kilogramms beschlossen werden.

detektor.fm-Redakteur Lars-Hendrik Setz hat mit dem Physiker Arnold Nicolaus über die Bestimmung des Kilogramms gesprochen.

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