Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dem Nullpunkt ein Stück näher gekommen

01.12.2000


Kryostateinsatz zur Erzeugung tiefster

Temperaturen.


Eine internationale Tieftemperaturskala ermöglicht exaktere Messungen in der Nähe des absoluten Nullpunkts

Die Stufenleiter der Internationalen Temperaturskala ist nach unten verlängert worden: Mit der neuen Tieftemperaturskala ist es jetzt möglich, Temperaturen unterhalb 0,65 Kelvin exakt zu messen. Die neue Skala beruht unter anderem auf Messungen des Berliner Instituts der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB).

Vor genau 100 Jahren, am 14. Dezember 1900, hielt Max Planck einen Vortrag, der eine physikalische Revolution in Gang setzte. Er stellte der staunenden Öffentlichkeit seine Idee vor, dass Strahlungsteilchen Energie nur in einzelnen Paketen, so genannten "Quanten", aufnehmen können. Damit begann das Zeitalter der Quantenphysik. Deren theoretische Erkenntnisse - so unglaublich sie immer noch erscheinen - gehören heute zu den am besten bewiesenen Teilgebieten der Physik. Und sie stehen vor dem Sprung in die praktische Anwendung: Erste Erfolge in der Quantenkryptographie (Verschlüsselungstechniken für den abhörsicheren Computer der Zukunft) lassen mit Spannung auch auf die Bereiche schauen, die bisher eher für die Grundlagenforschung interessant sind. Dazu gehört die Untersuchung von so genannten Fermi-Flüssigkeiten. Helium (3He) wird bei sehr tiefen Temperaturen zu einer solchen Quanten-Flüssigkeit, in der sich die Teilchen ganz absonderlich verhalten.

Um theoretische Modellvorstellungen dazu auch im Experiment bestätigen zu können, muss man die ultratiefen Temperaturen exakt messen können. Dafür gab es bisher aber keine allgemein verbindliche Temperaturskala. Unterhalb von 0,65 K - wo die Internationale Temperaturskala von 1990 (ITS-90) endet - herrschte ein verwirrendes Durcheinander: Die Wissenschaftler mussten sich mit mehren Skalen behelfen, die sich im Millikelvin-Bereich um bis zu sechs Prozent unterschieden. Jetzt gilt hier nur noch eine einzige Skala. Mitte Oktober nahm das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) eine neue Internationale Temperaturskala an, die in den Bereichen dicht am absoluten Nullpunkt endlich Klarheit schafft. Sie deckt den Bereich von 0,9 mK bis 1 K ab, überschneidet sich im oberen Bereich also mit der ITS-90 und beruht auch auf demselben erfolgreichen Prinzip: Sie nutzt die Eigenschaft eines Elements, immer bei exakt derselben Temperatur von einem Aggregatzustand in einen anderen überzugehen. Oft ist diese Eigenschaft druckabhängig, so dass man eine Kurve erhält - in diesem Fall die Schmelzdruckkurve des Heliums oder genauer: die international vereinbarte Beziehung zwischen der Temperatur und dem Schmelzdruck des Heliums. Jetzt braucht man nur noch den Druck zu messen und kennt die genaue Temperatur.

Um die Temperaturskala zu erstellen - und dies gehört zu den Aufgaben der nationalen Metrologie-Institute wie der PTB - braucht man exakte Messungen mit primären Thermometern. Das sind Messinstrumente, die nicht Materialeigenschaften (wie zum Beispiel beim Quecksilberthermometer), sondern ausschließlich fundamentale physikalische Beziehungen nutzen. Bei der neuen Tieftemperaturskala ist es eine Kombination von verschiedenen Messverfahren: unter anderem Rauschthermometrie (in der PTB und im amerikanischen Metrologie-Institut NIST) und Kernorientierungsthermometrie (im NIST und an der Universität Florida). Diese Messungen zu kombinieren hat den Vorteil, dass Fehler minimiert werden, aber den Nachteil, dass im unteren Messbereich die Werte noch nicht perfekt übereinstimmen. Daher trägt die neue Skala zunächst den Namen "Provisorische Tieftemperaturskala". Schon jetzt kann sie aber nicht nur den Grundlagenforschern, sondern auch den Herstellern von Kryostaten - den Geräten, die die sehr tiefen Temperaturen erzeugen - gute Dienste leisten: Die Hersteller können jetzt genauer angeben, welche Temperaturen ihre Geräte wirklich erreichen.

Weitere Informationen:

... mehr zu:
»Helium »Nullpunkt »Temperaturskala

Prof. Dr. Michael Kühne, Telefon: (030) 34 81-473
E-Mail: Michael.Kuehne@ptb.de
Fachbereich "Temperatur und Wärme"

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Abbestr. 2 - 12, 10587 Berlin

Dipl.-Journ. Erika Schow | idw

Weitere Berichte zu: Helium Nullpunkt Temperaturskala

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Balance aus Ordnung und Unordnung ermöglicht hocheffiziente Solarzellen
17.07.2019 | Universität Regensburg

nachricht Beschleunigerphysik: Alternatives Material für supraleitende Hochfrequenzkavitäten getestet
15.07.2019 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Großes Potenzial: Aktoren und Sensoren mit 3D-Druck in komplexe Bauteile integrieren

Der additiven Fertigung wird eine große Zukunft vorhergesagt. So lassen sich mit Hilfe des 3D-Drucks beispielsweise die Anzahl der Komponenten komplexer, individualisierter Baugruppen stark reduzieren und viele Funktionen direkt in ein Bauteil integrieren. Das vereinfacht den Herstellungsprozess und verringert den notwendigen Bauraum. Um diese Vorteile auch für mechatronische Systeme zu nutzen, forschen Wissenschaftler im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in mehreren Projekten an der additiven Fertigung von integrierten Aktoren und Sensoren. Diese können in Leichtbaustrukturen störende oder schädigende Vibrationen mindern sowie Strukturen überwachen.

Aufgrund der Ergebnisse ihrer Forschungsprojekte sehen die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF großes Potenzial für die additive Fertigung mechatronischer...

Im Focus: Megakaryozyten als „Türsteher“ und Regulatoren der Zellmigration im Knochenmark

In einer neuen Studie zeigen Wissenschaftler der Universität Würzburg und des Universitätsklinikums Würzburg, dass Megakaryozyten als eine Art „Türsteher“ auftreten und so die Eigenschaften von Knochenmarksnischen und die Dynamik der Zellmigration verändern. Die Studie wurde im Juli im Journal „Haematologica“ veröffentlicht.

Die Hämatopoese ist der Prozess der Bildung von Blutzellen, der überwiegend im Knochenmark auftritt. Das Knochenmark produziert alle Arten von Blutkörperchen:...

Im Focus: Megakaryocytes act as „bouncers“ restraining cell migration in the bone marrow

Scientists at the University Würzburg and University Hospital of Würzburg found that megakaryocytes act as “bouncers” and thus modulate bone marrow niche properties and cell migration dynamics. The study was published in July in the Journal “Haematologica”.

Hematopoiesis is the process of forming blood cells, which occurs predominantly in the bone marrow. The bone marrow produces all types of blood cells: red...

Im Focus: Beschleunigerphysik: Alternatives Material für supraleitende Hochfrequenzkavitäten getestet

Supraleitende Hochfrequenzkavitäten können Elektronenpakete in modernen Synchrotronquellen und Freien Elektronenlasern mit extrem hoher Energie ausstatten. Zurzeit bestehen sie aus reinem Niob. Eine internationale Kooperation hat nun untersucht, welche Vorteile eine Beschichtung mit Niob-Zinn im Vergleich zu reinem Niob bietet.

Zurzeit ist Niob das Material der Wahl, um supraleitende Hochfrequenzkavitäten zu bauen. So werden sie für Projekte wie bERLinPro und BESSY-VSR eingesetzt,...

Im Focus: Künstliche Intelligenz löst Rätsel der Physik der Kondensierten Materie: Was ist die perfekte Quantentheorie?

Für einige Phänomene der Quanten-Vielteilchenphysik gibt es mehrere Theorien. Doch welche Theorie beschreibt ein quantenphysikalisches Phänomen am besten? Ein Team von Forschern der Technischen Universität München (TUM) und der amerikanischen Harvard University nutzt nun erfolgreich künstliche neuronale Netzwerke für die Bildanalyse von Quantensystemen.

Hund oder Katze? Die Unterscheidung ist ein Paradebeispiel für maschinelles Lernen: Künstliche neuronale Netzwerke können darauf trainiert werden Bilder zu...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kosmos-Konferenz: Navigating the Sustainability Transformation in the 21st Century

17.07.2019 | Veranstaltungen

Auswandern auf Terra-2?

15.07.2019 | Veranstaltungen

Hallo Herz! Wie kommuniziert welches Organ mit dem Herzen?

12.07.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Technik zur besseren Kontrolle für den Supervulkan von Campi Flegrei

17.07.2019 | Geowissenschaften

Bei Bakterien bestimmen die Nachbarn mit, welche Zelle zuerst stirbt: Physiologie des Überlebens

17.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

Hocheffiziente Solarzellen dank solidem Fundament

17.07.2019 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics