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#1

Forschung im Schatten von Higgs

in Aus der Welt der Wissenschaft 04.02.2012 12:47
von franzpeter | 8.075 Beiträge

Forschung im Schatten von Higgs
Die Suche nach dem Higgs-Boson strahlt im Scheinwerferlicht der Medien. Doch es gibt noch weitere große Herausforderung der Grundlagenforschung - die leider etwas im Schatten stehen, obwohl Forscher schon seit vielen Jahren und Jahrzehnten versuchen, diese Fragen zu klären. "Nature" widmet diesen Helden fünf Kapitel, die wir in zwei Teilen präsentieren.
Nicola Jones
Die Autorin ist Redakteurin von Nature.

Suche nach fernen Lebenszeichen
Im Jahr 1999 gelang es David Charbonneau, damals noch Doktorand an der Harvard University in Cambridge, als erstem Menschen, die geringfügige Helligkeitsabschwächung eines Sterns durch einen daran vorüberziehenden Planeten zu messen. Heute sind derartige "Transits" ein Routinewerkzeug der Astronomen, mit dem sie extrasolare Planeten entdecken. Woraus diese Planeten und ihre Atmosphären bestehen, lässt sich jedoch schwieriger herausfinden. Wenn die Atmosphäre beispielsweise Sauerstoff enthält, könnte das ein Indiz für die Existenz von Leben sein. Doch der einzige Weg, solche Elemente nachzuweisen, ist die Suche nach charakteristischen Absorptionslinien in dem Teil des Sternenlichts, das die Atmosphäre durchquert hat – ein verschwindend geringes Signal.

"Der Anteil des Lichts, der von dem jeweiligen Planeten abgeschirmt wird, ist winzig", erläutert Charbonneau. Ein Planet von der Größe Jupiters, der vor einem sonnenähnlichen Stern vorüberzieht, blockiert etwa ein Prozent des Lichts – ein erdähnlicher Planet sogar nur 0,01 Prozent. "Und dann schauen wir auf diese hauchdünne Zwiebelschale um den Himmelskörper, die Atmosphäre", so der Forscher weiter. Nur jenes Sternenlicht, dass durch diese Schale hindurch geht, enthält die spektrale Information, nach der die Astronomen suchen – und das ist weniger als ein Millionstel des Lichts für einen erdähnlichen Planeten bei einem sonnenähnlichen Stern.

Heute besitzt kein Teleskop eine auch nur annähernd ausreichende Empfindlichkeit, um ein derart schwaches Signal aus dem hellen Schein des Sterns herauszufiltern. Doch jupitergroße Gasplaneten haben wesentlich größere Atmosphären als erdähnliche Planeten und besitzen daher auch eine stärkere spektrale Signatur, so Charbonneau. Weltraumteleskope wie Hubble und Spitzer haben seit 2005 Spektren von 40 Gasriesen extrahiert. Die ersten derartigen Beobachtungen trafen zwar auf Skepsis, so Charrbonneau, "doch für Gasriesen ist das inzwischen ziemlich alltäglich und nicht mehr umstritten. Jetzt geht es um erdähnliche Planeten, doch das ist noch niemandem gelungen."



© Nature / Lynette Cook

Das Exoplanetensystem Kepler-35
So wie in dieser künstlerischen Darstellung lässt sich das System Kepler-35 vorstellen: Ein Exoplanet von etwa der Größe des Saturn umrundet einen engen Doppelstern, dessen Komponenten etwas masseärmer als unsere Sonne sind. Sie sind somit kühler und leuchten in einem rötlicheren Licht als unser Tagesgestirn.
Aber die Forscher sind diesem Ziel bereits ein Stück näher gekommen: Es gelang ihnen, das Spektrum der "Super-Erde" GJ 1214b zu untersuchen, die den 2,6-fachen Radius der Erde besitzt und einen relativ kleinen, nicht weit von der Sonne entfernten Stern umkreist. Die erste Arbeit über diesen Planeten implizierte, dass er eine Atmosphäre überwiegend aus Wasserdampf oder Wolken besitzt. Beobachtungen von Charbonneau und seinen Kollegen mit dem Hubble-Teleskop haben dies vor wenigen Monaten bestätigt.

Der Nachweis von Bestandteilen der Atmosphäre eines erdähnlichen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern – die beste Möglichkeit zum Nachweis biologischer Aktivität auf einem anderen Planeten – erfordert einen weiteren Sprung in der Empfindlichkeit. Charbonneau kreuzt seine Finger und setzt seine Hoffnungen auf den von der Nasa lange geplanten, aber immer wieder verzögerten Nachfolger für Hubble: das acht Milliarden Dollar teure James Webb Space Telescope. Sein Start ist nun für das Jahr 2018 vorgesehen. "Das wäre fantastisch", so der Forscher, "das gäbe uns eine realistische Chance, Leben auf anderen Planeten zu finden."

Blick durch den molekularen Spiegel
Die Biologie besitzt eine eigentümliche Schlagseite. Viele Moleküle sind "chiral": Ihre Atome lassen sich auf zwei Arten zusammenfügen, die zueinander spiegelbildlich sind. Bei der Herstellung solcher Moleküle im Labor erhalten Forscher typischerweise ein Gemisch beider Formen, die von ihnen als rechts- und linksdrehend bezeichnet werden. Doch lebende Zellen bestehen im Allgemeinen ausschließlich aus den linksdrehenden Varianten. Und niemand weiß warum.

Eine mögliche Erklärung wäre, dass die schwache Wechselwirkung – eine der vier fundamentalen Naturkräfte des Standardmodells der Elementarteilchenphysik, die für bestimmte Phänomene zwischen Atomkernen und Elektronen verantwortlich ist – auf links- und rechtsdrehende Moleküle unterschiedlich wirkt. Alle anderen Kräfte, darunter auch die Schwerkraft, wären in einem Spiegeluniversum vollkommen identisch. Zumindest theoretisch, so erläutert Benoît Darquié von der Université Paris 13 Nord in Villetaneuse, sollte die schwache Wechselwirkung für winzige Unterschiede in den Energieniveaus zwischen den beiden Formen eines chiralen Moleküls sorgen – typischerweise von der Größenordung 1 zu 1015 bis 1020. Wenn also die eine Form eine Schwingungsfrequenz von beispielsweise 30 Terahertz besäße, wäre die entsprechende Frequenz bei der anderen Form um gerade einmal ein paar Milli- oder gar Mikrohertz verschoben.

Die Messung derart kleiner Differenzen könnte also dabei helfen, das Rätsel der biologischen Schlagseite zu lösen, so Darquié, und seine Forschungsgruppe versucht genau das. Auf diese Weise ließen sich vielleicht sogar einige Parameter in der Theorie der schwachen Wechselwirkung bestimmen. Soweit Darquié weiß, ist seine Gruppe die einzige auf der ganzen Welt, die dieses Ziel verfolgt. Er brauchte allein drei Jahre, um die Gemeinschaft aus Experimentalphysikern, Quantentheoretikern und Chemikern zusammenzubekommen, die für sein Vorhaben nötig ist.

Nun müssen die Wissenschaftler zwei Probleme lösen. Erstens müssen sie extrem hochauflösende Spektrometer bauen, mit denen sich die Energieniveaus chiraler Moleküle messen lassen. Ihre bislang besten Instrumente können Energiedifferenzen bis hinab zu 5 zu 1014 erkennen – das ist gut eine Million Mal besser als die Auflösung handelsüblicher Spektrometer. Jetzt bauen die Forscher ein Instrument, das sogar noch genauer ist. Um eine solche Empfindlichkeit zu erzielen, müssen die Geräte von allen externen Vibrationen isoliert sein und ständig auf einer innerhalb von 0,1 Grad Celsius konstanten Temperatur gehalten werden. Und um die Frequenzen der molekularen Schwingungen mit ausreichender Genauigkeit messen zu können, verwendet das Labor von Darquié eine Moleküluhr, die über eine Glasfaserleitung mit der Atomuhr in Paris verbunden ist, die als Weltstandard der Zeitmessung dient.
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"Moleküle sind komplexer, sie ermöglichen uns daher Zugang zu noch komplexeren Fragen"
(Benoît Darquié)

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Die zweite Herausforderung für die Forscher ist es, ein Molekül zu erschaffen, in dem der asymmetrische Effekt groß genug ist, um messbar zu sein. Ein solches Molekül muss ein großes Atom in der Mitte haben, denn die Atomtheorie sagt voraus, dass dadurch die Energiedifferenz zwischen den beiden chiralen Formen maximiert wird. Außerdem darf das Molekül nicht auseinanderbrechen, wenn es erwärmt wird, um in den gasförmigen Zustand überzugehen, der für die Anwendung der Spektroskopie nötig ist. Das Team setzt darauf, dass etwas Ähnliches wie Methyltrioxorhenium, bei dem zwei seiner Sauerstoffatome durch Schwefel und Selen ersetzt wurden, das am besten geeignete Molekül ist – obwohl es äußerst schwierig war, dieses spezielle Molekül in reinen links- oder rechtsdrehenden Formen zu produzieren. Selbst wenn die Wissenschaftler ein für das Experiment perfekt geeignetes Molekül finden, benötigen sie noch ein ganzes Jahr, um eine ausreichende Menge an Messungen durchzuführen, damit das Signal-zu-Rausch-Verhältnis groß genug für ein vertrauenswürdiges Ergebnis wird.

Was aber, wenn dieses Experiment das Rätsel der biologischen Einseitigkeit nicht löst? Darquié würde das wenig stören, weil die von ihm und seinem Team entwickelten Verfahren eine Vielzahl neuer Möglichkeiten eröffnet, die theoretischen Grundlagen der Physik zu überprüfen. "Die meisten exakten Tests werden bei hohen Energien mit Elementarteilchen oder bei niedrigeren Energien mit Atomen durchgeführt", so der Forscher. "Moleküle sind komplexer, sie ermöglichen uns daher Zugang zu noch komplexeren Fragen."

Suche nach weiteren Dimensionen
Es ist ein so grundlegender Aspekt der Realität, dass kaum jemand sich etwas anderes vorstellen kann: Die Welt hat genau drei räumliche Dimensionen – rechts/links, vorn/hinten, oben/unten. Doch die Superstringtheorie und andere Versuche, ein "Theorie von Allem" zu entwerfen, haben viele Physiker zu der Idee geführt, es könne weitere räumliche Dimensionen geben. Diese zusätzlichen Dimensionen wären vermutlich sehr eng aufgerollt und damit vor unserer alltäglichen Erfahrung versteckt. Doch sie würden auf sehr kurzen Entfernungen die Schwerkraft beeinflussen und damit eine Kraft zwischen zwei Massen verursachen, die minimal von den Vorhersagen des klassischen Newtonschen Gravitationsgesetzes abweicht. Ein Experiment, das Veränderungen der Schwerkraft bei derart kleinen Abständen nachweisen könnte, wäre daher in der Lage, zusätzliche Dimensionen "zu sehen".

Eric Adelberger vom Center for Experimental Nuclear Physics and Astrophysics der University of Washington in Seattle hat 1999 bei einem Vortrag zuerst von dieser Idee gehört. "Einige Leute dachten, das sei verrückt, andere fanden es wirklich cool", erinnert er sich. Er und seine Kollegen entschieden, es auszuprobieren. "Was gibt es Aufregenderes, als zu entdecken, dass das Verständnis der Dimensionalität der Welt seit jeher falsch war?"

Die Gruppe wählte eine Torsionswaage als Basis für das Experiment – letztlich die moderne Form eines bereits Ende des 18. Jahrhunderts von dem englischen Physiker Henry Cavendish zur Messung der Schwerkraft verwendeten Geräts. Bei dieser modernen Form hängt ein Metallzylinder an einem Draht, so dass er sich frei drehen kann. Am Boden des Zylinders befindet sich eine Scheibe, der so genannte Detektor, in die ein Ring von Löchern gebohrt wurde. Eine zweite Scheibe, mit einem identischen Ring von Löchern, befindet sich wenige Mikrometer darunter. Wenn diese zweite Scheibe, Attraktor genannt, gedreht wird, übt die Materie zwischen den Löchern eine kleine Gravitationskraft auf die Materie zwischen den Löchern des Detektors aus. Diese Kraft verdreht den Draht, an dem der Zylinder hängt, um einen Betrag, der in Millionstel von Grad gemessen wird.


© NASAPublic Domain

Auf der Suche nach der vierten Dimension
Die Erde, Gravity Probe B und die Raumzeit: Unser Planet verbiegt die Raumzeit um sie herum – ein winziger, aber messbarer Effekt, den die NASA-Sonde Gravity Probe B aufspüren soll. Auf der Erde suchen Wissenschaftler wie Eric Adelberger dagegen nach weiteren räumlichen Dimensionen: ein Vorhaben, das schwerer vermittelbar ist als handfeste Missionen ins All.
Um sicher zu gehen, dass der Apparat auf die Gravitation reagiert und nicht auf irgendetwas anderes, muss die gesamte Ausrüstung aus nichtmagnetischen Stoffen bestehen, und alle Oberflächen müssen mit Gold beschichtet sein, um etwaige elektrische Ladungen gleichmäßig zu verteilen. Das Gerät muss perfekt verarbeitet und gegen alle Arten von Vibrationen geschützt sein, einschließlich solcher, die von fahrenden Autos auf dem Parkplatz vor dem Laborgebäude ausgelöst werden. "Unsere besten Ergebnisse erhalten wir an Wochenenden zwischen Mitternacht und vier Uhr morgens
", sagt Adelberger. "Es ist frustrierend. Die Zeitspanne, in der wir wirklich gute Daten erhalten können, ist klein. Es ist eine Detektivarbeit."

Kleine Änderungen am Design des Apparats erlauben es den Experimentatoren, die gemäß dem Newtonschen Gesetz erwartete Kraft auszugleichen und so Abweichungen davon zu isolieren: Wenn der Detektor sich trotzdem noch dreht, dann wissen die Forscher, dass etwas Seltsames vor sich geht. Bislang kann Adelbergers Gruppe mit Bestimmtheit sagen, dass es keine zusätzlichen Dimensionen größer als 44 Mikrometer gibt. Zwei seiner Doktoranden, sowie eine Handvoll weiterer Forschungsgruppen rund um den Globus versuchen, diese Grenze weiter nach unten zu treiben. Wie lange es dauert, bis einer von ihnen etwas findet, hängt davon ab, wie groß die schwer fassbaren Dimensionen sind. Wenn sie zu eng aufgerollt sind, so Adelberger, "dann lautet die Antwort: niemals. Aber wenn es eine bei 30 Mikrometern gibt, dann vielleicht schon in einem Jahr."

Doch Adelberger scheint angesichts der Ungewissheiten und Schwierigkeiten aufzublühen. Es ist, als ob man einen Berggipfel besteigt, sagt er: "Je schwerer es wird, desto besser fühlt es sich an, wenn du oben bist."

Im 2. Teil geht es am Montag um die Jagd auf Gravitationswellen und die Neudefinition des Kilogramms.

© Spektrum.de


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
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#2

RE: Forschung im Schatten von Higgs

in Aus der Welt der Wissenschaft 07.02.2012 09:07
von franzpeter | 8.075 Beiträge

Experimente
Forschung im Schatten von Higgs II
Die Suche nach dem Higgs-Boson strahlt im Scheinwerferlicht der Medien. Doch es gibt noch weitere große Herausforderung der Grundlagenforschung - die leider etwas im Schatten stehen, obwohl Forscher schon seit vielen Jahren und Jahrzehnten versuchen, diese Fragen zu klären. "Nature" widmet diesen Helden fünf Kapitel, die wir in zwei Teilen präsentieren.
Nicola Jones
Die Autorin ist ist freiberufliche Reporterin und lebt in der Nähe von Vancouver in Kanada.
Eine Gravitationswelle einfangen
Scott Ransom besitzt eine jungenhafte Energie, die im Gegensatz zu seinem Forschungsobjekt zu stehen scheint: Sein Projekt könnte gut ein Jahrzehnt benötigen, um erste Ergebnisse zu erzielen. Der am National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville im US-Bundesstaat Virginia tätige Astronom verwendet verwendet ständig Worte wie "stark" und "cool", wenn Pulsare redet, die genauesten natürlichen "Uhren" der Milchstraße. Sie könnten ihm und anderen Forschern erlauben, eine der fundamentalsten Vorhersagen von Einsteines Allgemeiner Relativitätstheorie zu entdecken: Gravitationswellen. "Es wird uns ein völlig neues Fenster zum Universum öffnen", ruft er aus. "Wir werden in der Lage sein, mit Masse statt mit Licht zu sehen."

Gemäß Einstein, erklärt Ransom, sind Gravitationswellen Kräuselungen im Gewebe der Raumzeit, die durch Bewegungen von Massen verursacht werden, beispielsweise durch ein Paar sich gegenseitig umkreisender Neutronensterne. Es ist ganz ähnlich, wie ein sich hin und her bewegendes Elektron Kräuselungen in den umgebenden elektrischen und magnetischen Feldern verursacht, die wir als Licht und andere Formen von Strahlung wahrnehmen. "Wenn man etwas Massives hin und her bewegt", so Ransom, "dann erzeugt man dementsprechend Gravitationswellen."

Doch unglücklicherweise würde selbst eine große Gravitationswelle, die über die Erde hinweg rollt, den Durchmesser unseres Planeten nur um zehn Nanometer oder noch weniger verkleinern und vergrößern. Experimente auf der Erde, die versuchen, solche kleinen Störungen aufzuspüren, versuchen ständig echte Signale aus dem Hintergrundrauschen herauszufiltern, das von vorbeifahrenden Lastwagen, Gewittern und sogar Hunderte von Kilometern entfernt ans Ufer brandenden Wellen erzeugt wird. Eine derartige Detektoranlage bildet zum Beispiel das Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), das gemeinsam vom California Institute of Technology in Pasadena und dem Massachusetts Institute of Technology in Cambridge betrieben wird.

Ransom und seine enthusiastischen Gefolgsleute haben daher einen – wie sie hoffen billigeren – Weg eingeschlagen: Sie beobachten Pulsare. Einige dieser extrem dichten Sterne rotieren mehrere tausend Mal pro Sekunde, wobei sie regelmäßig bei jeder Umdrehung einen Strahlungsblitz aussenden, dessen Eintreffzeit auf der Erde die Astronomen mit einer Genauigkeit von 100 Nanosekunden messen können. Das Team hofft, 20 über den ganzen Himmel verteilte Pulsare überwachen zu können: Sie wollen dabei nach zeitlichen Abweichungen bei den Strahlungspulsen suchen, die durch extrem niederfrequente Gravitationswellen verursacht werden, die den Raum zwischen dem Pulsar und der Erde expandieren und kontrahieren. Die Forscher erwarten, dass massive Schwarze Löcher, die sich in weit entfernten kollidierenden Galaxien mit jahrelangen Umlaufzeiten gegenseitig umkreisen, zu den stärksten Quellen solcher Wellen zählen.



© NASA / Henze Public Domain

Gravitationswellen um Schwarze Löcher
3D-Visualisierung von Gravitationswellen, die von zwei Schwarzen Löchern erzeugt werden.


Ransom ist einer von rund einem Dutzend Forschern, die sich dieser vom International Pulsar Timing Array Consortium koordinierten Aufgabe verschrieben haben. Dafür müssen die Astronomen nicht einmal neue Instrumente erfinden: Einrichtungen wie das Arecibo-Radioteleskop in Puerto Rico können die Aufgabe übernehmen. Die schlechte Nachricht ist, dass die Pulsare etwa zehn Jahre lang überwacht werden müssen, um die Gravitationswellen der sich umkreisenden Schwarzen Löcher einzufangen. Bislang haben die Wissenschaftler akkurate Zeitmessungen für gerade einmal sechs Pulsare über einen Zeitraum von fünf Jahren vorliegen.

Ransom gibt sich dennoch euphorisch, "die coole Sache dabei ist, dass unsere Chance, etwas zu entdecken, mit der Zeit dramatisch zunimmt. Wenn wir Geduld haben, werden wir irgendwann Gravitationswellen sehen."

Neudefinition des Kilogramms
Die Masse eines Kilogramms sollte eine unveränderliche Konstante sein. Doch in Wirklichkeit verändert sie sich, weil sie auf höchst altmodische Art als Masse eines über 120 Jahre alten Zylinders aus Platin und Iridium definiert ist, der sich in einem Tresor am Stadtrand von Paris befindet. Niemand weiß, ob "Le Grand K" schwerer wird, weil sich Atome an seiner Oberfläche anlagern – oder leichter, weil Atome von der Oberfläche abgetragen werden. Aber seine Masse verändert sich mit Sicherheit: Kopien, die einst exakt das gleiche Gewicht besaßen, haben nun messbar davon abweichende Gewichte.

"Wir müssen das in Ordnung bringen", sagt deshalb Jon Pratt, ein Ingenieur des US National Institute of Standards and Technology (NIST), das sich etwas außerhalb von Washington D.C. befindet. Pratt gehört zu einer Gruppe von Metrologen, die an einer Neudefinition des Kilogramms arbeiten. Das Kilogramm ist die einzige physikalische Basiseinheit, die noch mithilfe eines ebenso physikalischen Objekts definierte sei, so der Ingenieur.

Die grundlegende Idee ist, das Kilogramm an eine mit hoher Genauigkeit gemessene physikalische Naturkonstante anzubinden. Auf diese Weise ist beispielsweise das Meter an die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum gekoppelt: Ein Meter ist exakt die Strecke, die das Licht in 1/299 792 458 Sekunden zurücklegt. Um etwas Ähnliches für das Kilogramm zu ermöglichen, muss das Plancksche Wirkungsquantum h fixiert werden. Diese Konstante bestimmt über die Größe von Energiequanten in der Quantenmechanik und ist mit der Frequenz von Licht gekoppelt: E = hν. Kombiniert man dies mit der berühmte Formel E = mc2 , so erhält man eine Definition für die Masse.

Die genaue Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums ist jedoch eine heikle Angelegenheit. Zwei derzeit miteinander konkurrierende Methoden liefern Werte, die sich so stark voneinander unterscheiden, dass die Neudefinition des Kilogramms erst einmal in der Warteschleife ist.

Eine dieser Methoden verwendet eine so genannte "Watt-Waage". Vereinfacht ausgedrückt besteht diese aus zwei Waagschalen: Auf der einen Seite liegt eine Masse von einem Kilogramm – sorgfältig mit dem Urkilogramm in Paris abgeglichen –, auf der anderen Seite eine stromdurchflossene Spule in einem Magnetfeld. Das Magnetfeld wird nun so abgestimmt, dass die Masse durch die elektromagnetische Kraft auf die Spule exakt ausgeglichen wird. Diese Kraft wiederum ist dann über eine Kette von Gleichungen mit dem Planckschen Wirkungsquantum verbunden. In der Praxis ist es allerdings nicht ganz so einfach: Die Forscher müssen noch andere Dinge messen – zum Beispiel das lokale Gravitationsfeld, das die größte Fehlerquelle darstellt – und sie müssen jede Quelle von Vibrationen vermeiden.

Im Jahr 2007 lieferte eine jetzt von Pratt verwendete Watt-Waage eine der genauesten Messungen des Planckschen Wirkungsquantums: 6,62606891 × 10-34 Joule-Sekunden mit einem relativen Fehler von 36 zu 1 Milliarde. Ein anderes Instrument dieser Bauart, das am National Physical Laboratory NPL in Teddington in Großbritannien konstruiert worden war und sich nun am Institute for National Measurement Standards des kanadischen National Research Councils in Ottawa befindet, lieferte jedoch ein Ergebnis, das von jenem des NIST abweicht: Er ist zwar klein, liegt aber eben auch außerhalb der Fehlertoleranz.



© Greg LCC BY-SA Urkilogramm in einer Computersimulation

Das echte Urkilogramm in Paris verliert oder gewinnt an Gewicht – so viel steht fest, nur die Richtung ist unklar. Physiker suchen daher nach einer neuen Referenzquelle.
Die zweite Methode basiert darauf, die Anzahl der Atome in isotopisch reiner Materie zu zählen. Das liefert unmittelbar die Avogadro-Konstante – die Anzahl der Atome in zwölf Gramm Kohlenstoff-12 –, die wiederum über eine (andere) Kette von Gleichungen mit dem Planckschen Wirkungsquantum verknüpft ist. 2008 nahmen Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt PTB in Braunschweig die Arbeit mit zwei nahezu perfekten, ein Kilogramm schweren Kugeln auf, die ihre Mitarbeiter aus 99,995 Prozent reinem Silizium-28 hergestellt hatten. Seither verwenden sie Röntgenbeugung zur Bestimmung ihrer Kristallstruktur sowie ultragenaue Laserinterferometrie, um das Volumen der Kugeln zu bestimmen. Damit können sie die Zahl der Atome in den Kugeln mit immer größerer Genauigkeit zählen. Derzeit liegt ihr Wert für die Avogadro-Konstante bei 6,02214082 × 1025 mit einem relativen Fehler von nur 20 zu 1 Milliarde. Die Übersetzung dieses Werts in das Plancksche Wirkungsquantum stimmt mit dem NPL-Ergebnis überein, aber nicht mit der Messung am NIST.

Der 2010 empfohlene Wert für das Plancksche Wirkungsquantum ist 6,62606957 × 1034 Joule-Sekunden, mit einem Fehler von 44 zu 1 Milliarde. Manche sagen, das sei genau genug, um das Kilogramm neu zu definieren. Andere wollen lieber damit warten, bis die Messungen verschiedener Gruppen besser übereinstimmen und einen kleineren Fehler haben, der höchstens 20 zu 1 Milliarde entspricht. Das könne aber noch eine ganze Weile dauern, so Pratt. "Es ist schwierig, solche Messungen zu machen. So ist es nun einmal."

Quelle: Spektrum.de


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franzpeter
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