Arnold Nicolaus stellt ein schwarzes Kunststoffköfferchen auf den Tisch. Eigentlich sieht es aus wie ein simpler Kosmetikkoffer. Doch Nicolaus, Forscher an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, behandelt ihn ausgesprochen behutsam, ja fast zärtlich.
"Der ist in den letzen zwei Tagen halb um die Erde gereist. Wir kommen gerade aus Australien."
Vorsichtig öffnet Nicolaus das Köfferchen. Es ist dick mit Schaumstoff gepolstert. Der Physiker nimmt die oberste Schaumstofflage ab. Der Blick fällt auf einen Plastikbehälter, ausgelegt mit Watte. Nicolaus:
"Da drin befindet sich in dieser gereinigten Watte die Kugel. Es ist eine Kugel von etwa zehn Zentimeter Durchmesser und von dunkel-silbrigem Schein."
Funkelnd wie eine Christbaumkugel liegt sie vor uns – die wohl rundeste Kugel der Welt, blank poliert, aus hochreinem Silizium und eine Million Euro wert. Wäre sie so groß wie die Erde – der höchste Berg auf ihr wäre gerade einmal zwei Meter hoch. Diese Kugel wollen die Forscher in den kommenden Monaten auf Herz und Nieren vermessen, sagt Projektleiter Peter Becker.
"Wir messen mit der Kugel das Volumen, die Masse und das Volumen eines einzelnen Atoms. Und dann können Sie das Gesamtvolumen durch das Volumen eines Atoms dividieren. Und dann haben sie die Zahl der Atome in dieser Kugel."
Speziallaser werden die Kugel abtasten, um ihren Durchmesser so genau wie möglich zu erfassen. Dann wird sie eine Spezialwaage möglichst präzise wägen. Und schließlich sollen Röntgenstrahlen das Innere der Kugel detailliert erkunden, also ihren kristallinen Aufbau. Alle diese Größen müssen bis auf neun Stellen hinterm Komma genau messen werden, also bis auf ein Milliardstel genau – eine enorme Herausforderung für Becker und seine Leute. Das Ziel ist ein Ergebnis, laut Becker, wie:
"Ein Kilogramm ist die Masse von zwei mal 1025 Siliziumatomen zum Beispiel."
Zwar könnte es durchaus sein, dass die neue Kugel ein bisschen schwerer oder leichter ist als ein Kilogramm. Aber das macht rein gar nichts, denn es kommt alleine drauf an, einen Zusammenhang zu schaffen zwischen der Masse und der Anzahl von Atomen. Und damit wäre das Kilogramm dann nicht mehr willkürlich auf den Platin-Iridium-Zylinder in Paris zurückgeführt, sondern auf eine Naturkonstante – die Masse von Siliziumatomen. Doch das kann nur funktionieren, wenn man als Ausgangspunkt eine nahezu ideale Kugel hat. Denn eine Kugel lässt sich besser vermessen als etwa ein Würfel. Becker:
"Erst mal muss der Kristall, aus dem die Kugel gemacht ist, sehr perfekt sein. Die Atome müssen sehr geordnet eingebaut sein. Dann muss die Oberfläche der Kugel praktisch perfekt sein, damit sie mit optischen Interferometern vermessen werden kann. Die Rundheit der Kugel muss perfekt sein."
Die Kugeln, mit denen es die Forscher bislang versuchten, hatten ein Manko: Sie bestanden aus natürlichem Silizium – einem Gemisch aus verschiedenen Atomsorten. Die neue Kugel hingegen ist hochrein. Sie besteht aus einem einzigen Isotop, Silizium-28, hergestellt in russischen Atomzentrifugen. Das Institut für Kristallzüchtung in Berlin machte daraus einen nahezu perfekten Kristall. Der wurde dann nach Australien gebracht. Denn dort, in Sydney, lebt und arbeitet ein Exildeutscher namens Achim Leistner – 70 Jahre alt und inoffizieller Weltmeister im Schleifen und Polieren. Becker:
""Die Leute sagen: Er streichelt die Atome weg, die da nicht hingehören. Das erfordert viel Fingerspitzengefühl. Das ist mit Maschinen nicht zu erreichen. Das ist einfach so."
Zwei Jahre lang wollen Becker und seine Leute die Kugel vermessen. Dann sollen die Ergebnisse auf dem Tisch liegen. Becker:
"Wenn es gut läuft, würde 2010 eine Empfehlung ausgesprochen, sodass in 2011 es zu einer Neufestsetzung der Einheit der Masse kommen kann."
Und dann würde das Urkilogramm von Paris endgültig ins Museum wandern. Zurück ins Labor von Arnold Nicolaus. Hoch konzentriert ist er mit Vorarbeiten für die Messungen beschäftigt. Nicolaus:
"Ich nehme jetzt die Kugel mit speziell gereinigten Handschuhen aus dem Behältnis und lege sie auf einer Transportplattform ab, mit der wir dann den Reinigungsprozess starten werden. Diese Kugel wird sehr aufwändig gereinigt, sodass keinerlei Bestandteile auf der Oberfläche sind, die Messung verfälschen würden."
Am Wochenende will sich Nicolaus erst mal von seinem Jetlag erholen. Doch am Montag soll’s dann losgehen mit den Messungen an der rundesten Kugel der Welt.
"Der ist in den letzen zwei Tagen halb um die Erde gereist. Wir kommen gerade aus Australien."
Vorsichtig öffnet Nicolaus das Köfferchen. Es ist dick mit Schaumstoff gepolstert. Der Physiker nimmt die oberste Schaumstofflage ab. Der Blick fällt auf einen Plastikbehälter, ausgelegt mit Watte. Nicolaus:
"Da drin befindet sich in dieser gereinigten Watte die Kugel. Es ist eine Kugel von etwa zehn Zentimeter Durchmesser und von dunkel-silbrigem Schein."
Funkelnd wie eine Christbaumkugel liegt sie vor uns – die wohl rundeste Kugel der Welt, blank poliert, aus hochreinem Silizium und eine Million Euro wert. Wäre sie so groß wie die Erde – der höchste Berg auf ihr wäre gerade einmal zwei Meter hoch. Diese Kugel wollen die Forscher in den kommenden Monaten auf Herz und Nieren vermessen, sagt Projektleiter Peter Becker.
"Wir messen mit der Kugel das Volumen, die Masse und das Volumen eines einzelnen Atoms. Und dann können Sie das Gesamtvolumen durch das Volumen eines Atoms dividieren. Und dann haben sie die Zahl der Atome in dieser Kugel."
Speziallaser werden die Kugel abtasten, um ihren Durchmesser so genau wie möglich zu erfassen. Dann wird sie eine Spezialwaage möglichst präzise wägen. Und schließlich sollen Röntgenstrahlen das Innere der Kugel detailliert erkunden, also ihren kristallinen Aufbau. Alle diese Größen müssen bis auf neun Stellen hinterm Komma genau messen werden, also bis auf ein Milliardstel genau – eine enorme Herausforderung für Becker und seine Leute. Das Ziel ist ein Ergebnis, laut Becker, wie:
"Ein Kilogramm ist die Masse von zwei mal 1025 Siliziumatomen zum Beispiel."
Zwar könnte es durchaus sein, dass die neue Kugel ein bisschen schwerer oder leichter ist als ein Kilogramm. Aber das macht rein gar nichts, denn es kommt alleine drauf an, einen Zusammenhang zu schaffen zwischen der Masse und der Anzahl von Atomen. Und damit wäre das Kilogramm dann nicht mehr willkürlich auf den Platin-Iridium-Zylinder in Paris zurückgeführt, sondern auf eine Naturkonstante – die Masse von Siliziumatomen. Doch das kann nur funktionieren, wenn man als Ausgangspunkt eine nahezu ideale Kugel hat. Denn eine Kugel lässt sich besser vermessen als etwa ein Würfel. Becker:
"Erst mal muss der Kristall, aus dem die Kugel gemacht ist, sehr perfekt sein. Die Atome müssen sehr geordnet eingebaut sein. Dann muss die Oberfläche der Kugel praktisch perfekt sein, damit sie mit optischen Interferometern vermessen werden kann. Die Rundheit der Kugel muss perfekt sein."
Die Kugeln, mit denen es die Forscher bislang versuchten, hatten ein Manko: Sie bestanden aus natürlichem Silizium – einem Gemisch aus verschiedenen Atomsorten. Die neue Kugel hingegen ist hochrein. Sie besteht aus einem einzigen Isotop, Silizium-28, hergestellt in russischen Atomzentrifugen. Das Institut für Kristallzüchtung in Berlin machte daraus einen nahezu perfekten Kristall. Der wurde dann nach Australien gebracht. Denn dort, in Sydney, lebt und arbeitet ein Exildeutscher namens Achim Leistner – 70 Jahre alt und inoffizieller Weltmeister im Schleifen und Polieren. Becker:
""Die Leute sagen: Er streichelt die Atome weg, die da nicht hingehören. Das erfordert viel Fingerspitzengefühl. Das ist mit Maschinen nicht zu erreichen. Das ist einfach so."
Zwei Jahre lang wollen Becker und seine Leute die Kugel vermessen. Dann sollen die Ergebnisse auf dem Tisch liegen. Becker:
"Wenn es gut läuft, würde 2010 eine Empfehlung ausgesprochen, sodass in 2011 es zu einer Neufestsetzung der Einheit der Masse kommen kann."
Und dann würde das Urkilogramm von Paris endgültig ins Museum wandern. Zurück ins Labor von Arnold Nicolaus. Hoch konzentriert ist er mit Vorarbeiten für die Messungen beschäftigt. Nicolaus:
"Ich nehme jetzt die Kugel mit speziell gereinigten Handschuhen aus dem Behältnis und lege sie auf einer Transportplattform ab, mit der wir dann den Reinigungsprozess starten werden. Diese Kugel wird sehr aufwändig gereinigt, sodass keinerlei Bestandteile auf der Oberfläche sind, die Messung verfälschen würden."
Am Wochenende will sich Nicolaus erst mal von seinem Jetlag erholen. Doch am Montag soll’s dann losgehen mit den Messungen an der rundesten Kugel der Welt.