Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Naturkonstanten als Hauptdarsteller

19.11.2018

Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) verabschiedet Revision des Internationalen Einheitensystems

Die Staaten der Meterkonvention haben auf ihrer 26. Generalkonferenz für Maße und Gewichte (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) am 16. November 2018 in Versailles eine grundlegende Revision des Internationalen Einheitensystems (SI) beschlossen.


Im neuen Internationalen Einheitensystem (SI) werden sieben Naturkonstanten als definierende Bezugsgrößen festgelegt. Die sieben Basiseinheiten – äußerer Kreis – verlieren ihre herausgehobene Stellung.

(Grafik: BIPM)


Im Avogadro-Experiment wurden anhand nahezu perfekter Einkristallkugeln aus Silizium gleich zwei Naturkonstanten bestimmt: die Avogadro-Konstante und das Planck‘sche Wirkungsquantum.

(Foto: PTB)

In Zukunft werden sich alle SI-Einheiten auf die festgelegten Werte von sieben ausgewählten Naturkonstanten beziehen. Die Generalkonferenz folgt damit einer Empfehlung des Internationalen Komitees für Maße und Gewichte (Comité International des Poids et Mesures, CIPM), des höchsten Expertengremiums in der Welt der Metrologie. Die Neudefinitionen werden am 20. Mai 2019, dem Weltmetrologietag, in Kraft treten.

Die Idee, eine Maßeinheit auf der Basis von Naturkonstanten zu definieren, ist prinzipiell nicht neu. Was bei der Definition der Sekunde mittels Atomuhren vor 50 Jahren und bei der Definition des Meters mithilfe der Lichtgeschwindigkeit vor über 30 Jahren begonnen wurde, wird nun für alle Einheiten im Internationalen Einheitensystem fortgesetzt. Vier weitere Konstanten spielen dabei die Hauptrollen: das Planck’sche Wirkungsquantum h, die Avogadrokonstante NA, die Boltzmannkonstante k und die Ladung des Elektrons e.

In den metrologischen Laboratorien fanden in den letzten Jahren aufwendige Experimente statt, um eben diese Konstanten so gut es irgend geht zu messen. Und diese Messungen, die vor allem an den großen nationalen Metrologieinstituten wie der PTB (Deutschland) und dem NIST (USA) oder auch dem NMIJ (Japan) und dem NRC (Kanada) durchgeführt wurden, waren erfolgreich:

Die zuvor gesetzten Zielmarken, u. a. bei den Messunsicherheiten und der Unabhängigkeit der Experimente voneinander, wurden erreicht. Die Werte der betreffenden Naturkonstanten konnten somit auf der Basis dieser Messungen sehr genau festgelegt werden.

Im neuen SI wird es keine definitionsbedingten Schwankungen mehr geben, da die Naturkonstanten verbindlich festgelegte Werte bekommen. Damit wird das so neu definierte Kilogramm stabil für alle Zeiten sein. Ein Urkilogramm, dessen Masse sich verändert, ist dann Geschichte. Alle elektrischen Einheiten inklusive des Ampere werden als Quantenrealisierungen (über den Josephson- und den
Quanten-Hall-Effekt oder „einfach“ durch Zählen von Elektronen pro Zeit) Teil des Systems. Und nicht zuletzt wird das Mol nun auch definitorisch über eine festgelegte Anzahl von Teilchen (die Avogadro-Konstante) einer spezifizierten Substanz erfasst.

Daher gilt im neuen SI: Kann genauer gemessen werden, können auch die Einheiten genauer realisiert werden – ohne Änderung der zugrundeliegenden Definition.

In einer hochtechnischen Welt, in der weder die Längenteilungen beim Nanometer aufhören werden noch die Zeitteilungen bei Femtosekunden, ist diese technische Offenheit des neuen SI gegenüber allen zukünftigen Genauigkeitsfortschritten ein großer Gewinn.

Damit schafft die Revision des Einheitensystems bessere Voraussetzungen für Innovationen überall da, wo es auf höchste Messgenauigkeit ankommt – bei der Entwicklung von Quantentechnologien ebenso wie bei den Diagnosemöglichkeiten der Medizin, den Effizienzsteigerungen bei der Energiegewinnung oder den Analysemethoden der Klimaforschung.

Und diese Offenheit gilt auf der gesamten Skala der jeweiligen Einheit, da die Naturkonstanten keinen speziellen Skalenabschnitt hervorheben. Dies steht durchaus im Gegensatz zur jetzigen Situation, in der das Kilogramm nur genau einen Punkt auf der Masseskala, nämlich den 1-kg-Punkt, festlegt oder der Tripelpunkt des Wassers ebenfalls nur einen einzigen Wert, den 0,01-°C-Punkt auf der Temperaturskala, fixiert.

Das komplett neu definierte Einheitensystem beseitigt die Mängel des bisherigen Systems, wobei die Änderungen im täglichen Leben nicht bemerkbar sind. Für die Wissenschaft tritt der Fortschritt dagegen sofort ein, sobald die Neudefinitionen verabschiedet sind. Für die Technik zeigen sich die Fortschritte als Langzeitwirkung. Und ein weiterer Vorteil ist überzeugend: Naturkonstanten gelten überall. Damit bildet das neue SI gewissermaßen eine universelle Sprache, auf die sich die Weltgemeinschaft nun verständigt hat.
(jes/PTB)

Hintergrundinfo:
Ausgelöst durch die industrielle Revolution, begann in der Mitte des 19. Jahrhunderts der grenzüberschreitende Handel mit technischen Gütern stark zuzunehmen. Die damaligen Industriestaaten erkannten rasch, dass ein einheitliches, internationales Maßsystem von entscheidender Bedeutung für die Förderung des internationalen Handels sein würde. 1875 vereinbarten daher die führenden 17 Industrienationen, darunter Deutschland, ein internationales Maßsystem auf der Basis von Meter (m), Kilogramm (kg) und Sekunde (s) einzuführen.

In einem diplomatischen Vertrag, der „Meterkonvention“, beschlossen sie die Errichtung des „Internationalen Büros für Maße und Gewichte“ (BIPM), das als permanente wissenschaftliche Einrichtung die internationalen Maße und Gewichte als Maßverkörperungen realisieren, an die Mitgliedsstaaten weitergeben und Forschung und Entwicklung zur Verbesserung solcher Normale betreiben sollte – und dies bis heute tut.

Als Aufsichtsgremium über das BIPM wurde das „Internationale Komitee für Maße und Gewichte“ (CIPM) gegründet, bestehend aus 18 internationalen Experten. Zur Vertretung der Mitgliedsstaaten wurde die „Internationale Konferenz für Maße und Gewichte“ (CGPM) geschaffen. Als oberstes Gremium wählt die CGPM die Mitglieder des CIPM, entscheidet über das Arbeitsprogramm und das Budget des BIPM und fasst die grundlegenden Beschlüsse für das internationale Messwesen.

Weiterführende Informationen:
• Decisions of the 26th meeting of the General Conference of Weights and Measures, Versailles, 13-16 November 2018, wird veröffentlicht auf https://www.bipm.org/en/CGPM

• The International System of Units, 9th edition, Bureau international des poids et mesures (BIPM), wird veröffentlicht auf https://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/

• „Das neue Internationale Einheitensystem (SI)“, PTB-Infoblatt, November 2017,
https://www.ptb.de/cms/forschung-entwicklung/forschung-zum-neuen-si/kurz-erklaer...

• „Forschung zum neuen SI“, ein ganzes Kapitel im PTB-Internet mit Veröffentlichungen, u. a. den PTB-Mitteilungen, einzelnen Bildern und Texten sowie vielen weiteren Infos zum neuen SI: https://www.ptb.de/cms/forschung-entwicklung/forschung-zum-neuen-si.html

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Joachim Ullrich, Präsident der PTB, Präsident des Consultative Committee for Units (CCU) und Vizepräsident des Internationalen Komitees für Maß und Gewicht (CIPM)
E-Mail: joachim.ullrich@ptb.de, Telefon: (0531) 592-1001

Weitere Informationen:

https://www.ptb.de/cms/presseaktuelles/journalisten/nachrichten-presseinformatio...

Dipl.-Journ. Erika Schow | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Veranstaltungsnachrichten:

nachricht Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen
14.12.2018 | Haus der Technik e.V.

nachricht Pro und Contra in der urologischen Onkologie
14.12.2018 | Universitätsklinikum Magdeburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Veranstaltungsnachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Data use draining your battery? Tiny device to speed up memory while also saving power

The more objects we make "smart," from watches to entire buildings, the greater the need for these devices to store and retrieve massive amounts of data quickly without consuming too much power.

Millions of new memory cells could be part of a computer chip and provide that speed and energy savings, thanks to the discovery of a previously unobserved...

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungen

Pro und Contra in der urologischen Onkologie

14.12.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

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

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Rittal heizt ein in Sachen Umweltschutz - Rittal Lackieranlage sorgt für warme Verwaltungsbüros

14.12.2018 | Unternehmensmeldung

Krankheiten entstehen, wenn das Netzwerk von regulatorischen Autoantikörpern aus der Balance gerät

14.12.2018 | Medizin Gesundheit

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