Kilogramm neu definiert Das Maß der Dinge
Urkilogramm in Paris (Archivbild): Unter Schutzglocken im Vakuum lagert der kleine Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung, der bislang die Masse eines Kilogramms festlegt. Doch trotz aller Schutzmaßnahmen haben das Urkilo und seine Kopien heute nicht mehr die gleiche Masse. Sie weichen zum Teil um mehr als 50 Mikrogramm voneinander ab.
Einen Prototyp aus Metall gab es auch für eine andere Einheit. Das Urmeter legte bis 1983 fest, was ein Meter ist. Seitdem wird der Meter durch eine Naturkonstante bestimmt - die Lichtgeschwindigkeit. Man erhält einen Meter, wenn man jene Strecke durch 299.792.458 teilt, die Licht im Vakuum in einer Sekunde zurücklegt.
In einem Safe des Internationalen Büros für Maß und Gewicht bei Paris lagern neben dem Prototypen auch offizielle Kopien des Urkilogramms.
Seit 1875 gilt die Internationale Meterkonvention, ein Vertrag über das metrische System, zu dem heute 60 Staaten gehören. Das Foto hier zeigt Mitglieder des Internationalen Komitees für Maß und Gewicht (CIPM) im Jahr 1894 bei einem Treffen.
Pavillon de Breteuil in Sèvres bei Paris: Hier hat das Internationale Büro für Maß und Gewicht (BIPM) seinen Sitz. Und hier wird auch das Urkilogramm in einem Tresor gelagert.
Weltweit gibt es diverse Kopien des Urkilogramms. Hier ist der nationale Kilogramm-Prototyp mit der Nummer 52 zu sehen, der in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) aufbewahrt wird.
Mit Waagen wie dieser an der PTB können Ein-Kilogramm-Zylinder mit dem Urkilogramm oder seinen Kopien verglichen werden.
Solche Vergleichsmessungen haben erstaunliche Differenzen zwischen den Kilogramm-Prototypen offenbart. Forscher mussten feststellen, dass der Pariser Platinzylinder auf rätselhafte Weise schrumpft. Im Laufe von Jahren schien das Urkilogramm im Vergleich zu seinen Kopien immer leichter zu werden - womöglich hervorgerufen durch die Reinigungsprozedur. Diese ist auf diesem Foto zu sehen. Die Prototypen müssen vor Messungen stets gesäubert werden, weil selbst kleine Verunreinigungen auf der Oberfläche das Ergebnis verfälschen können.
Diese Probleme soll eine neue Definition des Kilogramms lösen, die gerade 60 Staaten auf einer Konferenz in Versailles beschlossen haben. Sie kommt ganz ohne das fast 130 Jahre alte Unikat aus und beruht allein auf einer Naturkonstante - dem sogenannten Planckschen Wirkungsquantum, auch Planckkonstante genannt. Was ein Kilogramm ist, wird künftig als Ergebnis eines Experiments festgelegt, das entsprechend ausgerüstete Institute jederzeit durchführen können. Hier ist die Wattwaage zu sehen, eines von zwei möglichen Experimenten.
Die hier gezeigte Wattwaage hält eine Masse mit einer elektromagnetischen Kraft quasi in der Schwebe - so wie man das von einem starken Magneten und einem Stück Metall kennt. Auf eine solche Waage legen die Forscher zum Beispiel eine Kopie des Urkilogramms und justieren den Stromfluss so, bis das Kilogramm schwebt.
Am PTB in Braunschweig haben Physiker eine andere Methode entwickelt, um ein Kilogramm zu bestimmen. Aus hochreinem Silizium haben sie Kugeln geschnitten, die etwa so groß wie ein Tennisball sind.
Über das Volumen der Kugel und den Abstand der Atomebenen im Kristall, lässt sich ziemlich genau errechnen, aus wie vielen Atomen die Kugel besteht. Ein Kilogramm entspricht der Masse, die rund 2,15 mal 10 hoch 25 Siliziumatome auf die Waage bringen.
Eine präzise Definition der Einheit Kilogramm ist wichtig - nicht nur für Wissenschaftler, sondern auch für die Wirtschaft. Hier sind Massestücke der PTB zu sehen, die letztlich auf dem Urkilogramm von Paris und seinen Kopien beruhen.
