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Deutsches Museum:Diese Kugel definiert künftig ein Kilogramm

Deutsches Museum bekommt das neue Maß aller Dinge - Urkilogramm hat ausgedient

Vorsichtiger als bei einem rohen Ei: Physiker Jens Simon präsentiert die Siliziumkugel, am Ende könnten sonst ein paar Atome verloren gehen.

(Foto: Florian Peljak)
  • Eine perfekt geschliffene Kugel aus Silizium legt künftig fest, wie schwer ein Kilogramm zu sein hat.
  • Das Ur-Kilogramm, das in einem Pariser Tresor aufbewahrt wurde, hat damit ausgedient.
  • Die Physikabteilung des Deutschen Museums verfügt schon über ein Exemplar.

Eine glänzende Kugel, etwas größer als ein Tennisball. Das ist das Geschenk, das Jens Simon, Doktor der Physik und Sprecher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB), dem Deutschen Museum mitgebracht hat. Doch die Kugel hat es in sich. Sie sagt nichts über die Zukunft, aber sie symbolisiert doch den Beginn einer neuen Zeitrechnung. Denn seit dem Metrologentag an diesem Montag ist sie die neue Referenzgröße für die Definition eines Kilogramms. Das Ur-Kilo, das 130 Jahre lang in Paris lag, hat damit ausgedient.

Laien werden von all dem kaum etwas mitbekommen, gibt Simon bei der Pressevorführung zu. Für Schüler und Physikstudenten ist es aber ein spannendes Kapitel Wissenschaftsgeschichte. Das Ur-Kilogramm, ein kleiner Platin-Zylinder, der in Paris in einem Tresor aufbewahrt wurde, verlor trotz aller Vorsichtsmaßnahmen an Masse - pro Jahr ein halbes Mikrogramm, bisher mehr als 50 Mikrogramm und damit etwa so viel, wie ein Salzkorn wiegt. Warum, weiß niemand. Doch für Physiker und andere Menschen, die es mit dem exakten Messen zu tun haben, ist das ein Ärgernis. "Fast so schlimm wie im Mittelalter, als ein Fuß je nach der Schuhgröße des jeweiligen Königs variierte", sagt Simon.

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Künftig sollte es keinen Streit mehr geben, denn die neuen Maßeinheiten orientieren sich an unveränderlichen Naturkonstanten. Insgesamt werden sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems neu bestimmt: neben dem Kilogramm (Masse) die Sekunde (Zeit), der Meter (er wird schon länger mit Lichtgeschwindigkeit erfasst), Ampere (Stromstärke), Kelvin (Temperatur), Mol (Stoffmenge) und Candela (Lichtstärke).

Mit der Siliziumkugel lässt sich ein Kilogramm nun genauer bestimmen als je zuvor. Die Chemie- oder Pharmaindustrie, bei denen es mitunter um höchst präzise Mengen gehe, profitierten zum Beispiel davon, sagt die Physikkuratorin des Museums, Daniela Schneevoigt.

Die Kugel hat einen Durchmesser von exakt 9,37 Zentimetern. Mehr als 20 Jahre lang haben Physiker, Chemiker und Techniker an der Entwicklung dieser Kugel getüftelt, bis sie in der Lage waren, die Atome in ihrem Inneren zu zählen (es sind 21,52 Quadromillionen). Darum geht es: um die Naturkonstante als Richtmaß. Ein Siliziumatom hat immer die gleiche Masse, unabhängig von Raum und Zeit, sogar im Weltall. In Russland wurde aus Sand das reinste Silizium extrahiert, zu einer Kugel geformt und solange geschliffen, bis sie die perfekte Form hatte. "Jetzt ist sie auch noch die rundeste Kugel der Welt", sagt Simon stolz.

Weil die Referenzgröße aber nicht mehr ihr Gewicht ist, das sie auf die Waage bringt, sondern die Anzahl der Atome in ihrem Kristall, lässt sie sich beliebig nachbauen. Und so gibt es mehrere ihrer Art. Taiwan hat schon einen Prototyp aus Braunschweig gekauft - für eine Million Euro. "So teuer ist dieses Modell hier nicht", sagt Simon. Sonst könnte man es kaum so einfach ins Museum stellen. Es ist vielmehr eine Variante mit weniger reinem Silizium. Aber die Atome zählen kann man trotzdem.

Daniela Schneevoigt hat die silberfarbene Kugel als Grundstock für eine neue Ausstellung genommen. Im ersten Stock des Museums, hinter dem Ehrensaal, steht das Objekt nun in einer Vitrine, eine Medienstation erklärt, wie das kostbare Stück entstand und was es damit auf sich hat. Schneevoigt, seit eineinhalb Jahren für den Bereich verantwortlich, sammelt gerade Ideen für die Neugestaltung der Physik-Dauerausstellung. Die Geschichte des Messens und Wiegens soll dabei einen Schwerpunkt bilden. Über Jahrhunderte variierten Maße und Einheiten von Land und Land. Erst mit der Französischen Revolution kamen das Ur-Kilogramm und der Ur-Meter (nach einer aufwendigen Forschungsexpedition zur Vermessung des Globus). Spannende Geschichten also, die die Museumsbesucher erwarten, wenn die Physikabteilung im zweiten Bauabschnitt der Generalsanierung überarbeitet und nach 2025 wieder eröffnet wird.

Die Kugel ist der Anfang. Ermöglicht hat die Schenkung die "Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung". Zum Festakt am Montagabend kamen Nobelpreisträger Klaus von Klitzing und Joachim Ullrich, Präsident der PTB.

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