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 VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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