Der Artikel wurde in der renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift Physical Review Letters ver?ffentlicht und dort zus?tzlich als ?editor's suggestion“ hervorgehoben. Er befasst sich mit der Metrologie, der Wissenschaft vom Messen. 2019 erlebte dieses Fachgebiet eine Revolution: Einheiten wie das Kilo, der Meter oder die Sekunde wurden auf der Grundlage der Quantenphysik neu definiert. Zuvor waren sie h?ufig anhand eines Vergleichs mit Naturph?nomenen oder konkreten Gegenst?nden bestimmt worden. So war etwa die Referenz für das Kilogramm das ?Urkilogramm“, ein Metallzylinder, der in einem Safe bei Paris verwahrt wurde.
Heute werden die Einheiten auf Grundlage von Naturkonstanten definiert. Um eine Einheit wie das Kilogramm zu realisieren, das hei?t zu bauen, damit man sie im Alltag verwenden kann, muss man sie auf diese Naturkonstanten zurückführen. Das geht zum Beispiel mit einer speziellen Waage, die sogenannte Kibble-Waage. Diese verbindet Masse mit elektrischen Gr??en. Sie misst die mechanische Leistung und damit auch das Gewicht eines Objekts, und gleicht diese mit einer elektrischen Leistung aus. Die resultierende elektrische Spannung und der elektrische Strom k?nnen anschlie?end mithilfe von Quanteneffekten, dem Quanten-Hall- und dem Josephson-Effekt, bestimmt und so auf elektrische Grundgr??en der Quantenphysik zurückgeführt werden. ?Einheiten wie das Kilogramm werden also auf elektrische Einheiten zurückgeführt“, erl?utert Claus L?mmerzahl. ?Es w?re aber auch m?glich, sie anhand von Gravitation darzustellen. Denn was das elektromagnetische Feld für Ladungen ist, ist das Gravitationsfeld für Massen.“
Elektromagnetismus und Gravitation weisen interessante Parallelen auf: Beiden werden durch Felder beschrieben, die bestimmte fundamentale Wechselwirkungen in der Natur vermitteln. In ihrer neuen Ver?ffentlichung führen L?mmerzahl und Ulbricht daher einen gravitativen Josephson und Quanten-Hall-Effekt ein. ?Wir konnten die Hilfseffekte der Metrologie, die sich bisher nur auf elektromagnetische Felder bezogen, auf die Gravitationsfelder übertragen“, erl?utert Claus L?mmerzahl. Die Arbeit von L?mmerzahl und Ulbricht k?nnte also als Grundlage dienen, um mechanische Einheiten wie das Kilo auf Grundlage der Gravitationskraft zu realisieren.
Originalpublikation: Claus L?mmerzahl, Sebastian Ulbricht: Gravitational Metrological Triangle, Physical Review Letters 133, 241402 (2024)
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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.241402
https://www.ptb.de/
Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Claus L?mmerzahl
Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)
Universit?t Bremen
Tel. +49 421 218-57834
E-Mail: claus.laemmerzahl@zarm.uni-bremen.de
