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Ein Mitarbeiter der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt mit einer hochreinen Silizium-Kugel von einem Kilogramm Gewicht.

Ur-Kilogramm

Das neue Maß aller Dinge

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Das Ur-Kilogramm hat abgenommen und deshalb ausgedient. Deshalb ist nun eine moderne Definition für die Maßeinheit in Kraft.

Das Ur-Kilogramm war kein Kilogramm mehr: Der 38 Millimeter im Durchmesser große Platin-Iridium-Zylinder, der in Sèvres bei Paris in einem Tresor liegt, hatte abgenommen. Warum der Kilogramm-Prototyp in 100 Jahren etwa 50 Millionstel Gramm seiner Masse verloren hatte, ist unklar. Aber: Für das Kilogramm, an dem sich alle Kilos auf der Erde ausrichten, musste ein präziser Ersatz her, beschloss die Generalkonferenz für Maß und Gewicht 2018. Denn rechnerisch hatten durch das erleichterte Kilogramm alle anderen Massen zugenommen.

Seit dem 20. Mai ist das Kilo nun kein „Ding“ mehr, sondern eine Formel, wie bei allen anderen metrologischen Einheiten. Seit der Modernisierung der Meter-Definition 1960 war das Kilogramm die einzige SI-Basiseinheit mit „makroskopischer Maßverkörperung“. Damit ist nun Schluss, die neue Definition auf Basis der Naturkonstanten ist wesentlich stabiler und zukunftssicherer.

Auf dem Weg dorthin spielten deutsche Wissenschaft und Technik eine entscheidende Rolle. Die Grundlage für die neue Definition ist die Naturkonstante „h“, die von dem Physiker und Nobelpreisträger Max Planck stammt. Sie beschreibt das Verhältnis von Energie und Frequenz eines Photons und legte die Grundlage für die Quantenphysik.

Die Planckkonstante genau festlegen

Doch für die Neudefinition war auch das praktische und theoretische Wissen von Experten der Göttinger Sartorius AG gefragt. Das Unternehmen, das heute vorwiegend im Bio-Pharma-Bereich unterwegs ist, erlangte einst Weltruf durch die Herstellung von höchst präzisen Waagen. Diese Expertise ist noch heute im Unternehmen vorhanden. Um die Planck-Konstante zu optimieren, wurden mit einem Massekomparator hochreine Silizium-Kugeln vermessen. Ziel war es, die Planckkonstante genau festzulegen, auf zehn Stellen hinter dem Komma.

Praktische und theoretische Arbeit führten schließlich zu einer komplexen Formel, die nun dafür sorgt, dass das Kilogramm unabhängig von physischen Vorlagen präzise definiert ist.

Die Einführung am 20. Mai war für Thomas Fehling, Leiter der Abteilung Mechatronics Solutions bei Sartorius, „ein historischer Moment in der Metrologie“. Ihn stimmt der Wechsel vom Platin-Iridium-Zylinder zur Neudefinition kaum melancholisch: Es sei „ein Meilenstein im Streben nach zukunftssicheren, stabilen und für immer gültigen Definitionen der Einheiten“.

Bei der „Neugewichtung“ des Kilogramms galt es auch dafür zu sorgen, dass der Industrie und ihren Kunden keine Nachteile entstehen, etwa durch die Auswirkungen des „Über- und Untergewichts“. Für die Verbraucher bleibt alles, wie es ist. „Es wird sich dadurch zunächst nichts ändern“, sagt Fehling. Auch für die Präzisionswaagen von Sartorius und die gemeine Haushaltswaage hat die Neudefinition keine Konsequenz. Letztere erreichten derart exakte Messbereiche ohnehin nicht, so Fehling.

Unangetastet bleibt das einstige Maß aller Kilo-Dinge, das Pariser Ur-Kilogramm sowie die Kopien, die in allen Staaten lagern, die der Meterkonvention beigetreten sind. Das Ur-Kilo wird – trotz der nun niedergeschriebenen Formel – weiterhin ein sichtbares, greifbares Symbol sein für eine physische Definition.

Es hat in dieser Funktion weit länger durchgehalten als alle anderen metrologische Körper, wie dem Ur-Meter, ein Platin-Iridium Stab von genau einem Meter Länge, das 1960 neu beschrieben wurde – und länger als die Einheiten Ampere und Kelvin, Sekunde, Mol und Candela. Ein begehrtes Objekt für Menschen wird der Ur-Kilogramm-Zylinder folglich bleiben und für eine sichtbare Einheit stehen: So sieht ein Kilogramm aus. Nun müsste allerdings ergänzt werden: So sah das Versailler Ur-Kilogramm, der Platin-Iridium-Zylinder, aus.

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