idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
idw-Abo
Medienpartner:
Wissenschaftsjahr


Teilen: 
27.01.2011 12:08

Das „neue“ Kilogramm kommt näher

Dipl.-Journ. Erika Schow Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

    Avogadro-Konstante mit angereichertem Silicium-28 bestimmt

    Ein Meilenstein im internationalen Avogadro-Projekt, das von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) koordiniert wird: Mithilfe eines Einkristalls aus hochangereichertem 28Si ist jetzt die Avogadro-Konstante mit einer relativen Gesamtmessunsicherheit von 3 • 10–8 so genau wie nie zuvor gemessen worden. Im Rahmen der Kilogramm-Neudefinition ermöglicht der Wert NA = 6,02214078(18) • 1023 mol–1 die zurzeit genaueste Realisierung dieser Einheit. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

    Die heiße Phase des von der PTB koordinierten, langjährigen Avogadro-Projekts begann 2003: In dem Jahr begannen mehrere nationale Metrologieinstitute zusammen mit dem Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Kooperation mit russischen Forschungsinstituten mit dem ehrgeizigen Vorhaben, etwa 5 kg hochangereichertes 28Si (99,99 %) als Einkristall herstellen zu lassen, die Avogadro-Konstante damit zu messen und bis zum Jahr 2010 eine Messunsicherheit von ca. 2 • 10–8 zu erreichen. Inzwischen sind erste Messungen an den zwei in Australien polierten 1 kg-Kugeln aus 28Si abgeschlossen und ihre Dichte, Gitterparameter und Oberflächenbeschaffenheit bestimmt worden.

    Die Einzelschritte: Nach einer umfangreichen Prüfung der Kristallperfektion wurde der Einfluss der Kristallbaufehler abgeschätzt. Dann wurde am italienischen Metrologieinstitut (INRIM) mittels eines Röntgeninterferometers der Gitterparameter bestimmt und durch Vergleichsmessungen mit einem natürlichen Si-Kristall am amerikanischen NIST bestätigt. Die Massen der beiden Siliciumkugeln wurden am BIPM, am NMIJ (Japan) und in der PTB im Vakuum an die internationalen Massenormale angeschlossen. Das Kugelvolumen wurde optisch mit Interferometern unterschiedlicher Strahlgeometrien in den entsprechenden Arbeitsgruppen von NMIJ, NMI-A (Australien) und PTB mit exzellenter Übereinstimmung gemessen. Die Oberflächenschicht (im Wesentlichen bestehend aus Siliciumdioxid) wurde mit Elektronenen-, Röntgen- und Synchrotronstrahlung nach unterschiedlichen Verfahren spektroskopiert, analysiert und bei der Bestimmung der Siliciumdichte berücksichtigt. Die beim Polierprozess entstandene unerwartet hohe metallische Kontamination der Kugeloberflächen mit Kupfer- und Nickelsiliciden wurde gemessen und ihr Einfluss auf die Ergebnisse von Kugelvolumen und -masse abgeschätzt, was zu einer höheren Messunsicherheit führte.

    Ausschlaggebend für den erzielten Erfolg, eine relative Gesamtmessunsicherheit von 3 • 10–8, war die Entwicklung einer neuen massenspektrometrischen Methode zur Bestimmung der molaren Masse in der PTB.

    Das Ergebnis ist ein Meilenstein auf dem Weg zu einer erfolgreichen Darstellung der neuen Kilogrammdefinition auf der Basis einer in ihrem Wert festgelegten Fundamentalkonstanten. Zurzeit ist aber die Übereinstimmung dieses Wertes mit anderen Darstellungen des Kilogramm nicht gut genug, um die bestehende Definition der Masseeinheit zu ändern. Der gegenwärtige Status des Avogadro-Projekts ist aber so vielversprechend, dass auf der Basis neuer Messungen mit verbesserten Kugelinterferometern an kontaminationsfreien Kugeln in naher Zukunft die vom Beratenden Komitee für die Masse (CCM) verlangte Messunsicherheit von 2 • 10–8 erreicht und voraussichtlich sogar unterschritten wird.
    ptb/es

    Ansprechpartner:
    Dr. Peter Becker, PTB-Projekt 4.34 Avogadro-Konstante,
    Telefon: (0531) 592-4300, E-Mail: peter.becker@ptb.de

    Dr. Horst Bettin, PTB-Projekt 4.34 Avogadro-Konstante,
    Telefon: (0531) 592-3330, E-Mail: horst.bettin@ptb.de

    Wissenschaftliche Veröffentlichung
    Andreas, B.; Azuma, Y.; Bartl, G.; Becker, P.; Bettin, H.; Borys, M.; Busch, I.; Gray, M. et al. (2011), “An accurate determination of the Avogadro constant by counting the atoms in a 28Si crystal”, Phys. Rev. Lett. 106 (3): 030801 (4 pages), doi:10.1103/PhysRevLett.106.030801.

    Mehr zu den einzelnen Teilprojekten des Avogadro-Projekts
    finden Sie in den PTBnews 3/2010:
    www.ptb.de > Publikationen > PTBnews


    Anhang
    attachment icon Die Presseinformation als pdf-Datei

    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Lehrer/Schüler, Studierende, Wissenschaftler, jedermann
    Physik / Astronomie
    überregional
    Forschungsergebnisse, Forschungsprojekte
    Deutsch


    In der hochreinen Silicium-Kugel des Avogadro-Experiments spiegelt sich eine Kopie des internationalen Kilogramm-Prototyps, die letzte Verkörperung einer Einheit über einen physischen Körper. Die neue Kugel dagegen steht für die Definition auf der Grundlage von atomaren Eigenschaften bzw. Naturkonstanten.


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).

    Cookies optimieren die Bereitstellung unserer Dienste. Durch das Weitersurfen auf idw-online.de erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden. Datenschutzerklärung
    Okay