30 Jahre Meter

Runder Geburtstag für eine Maßeinheit

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Damit wurde der Meter zum „Musterknaben“ des SI-Systems, zur ersten Einheit, die auf eine atomare Konstante zurückgeführt wurde. Mit der Kryptonlampe der PTB wurde für den Meter eine Reduzierung der relativen Messunsicherheit um den Faktor 10 auf 10-8 m erreicht. Doch mit der Entdeckung des Lasers machte die Herstellung präziser Lichtquellen mit immer stabileren Wellenlängen große Sprünge und stellte so eine ständige und immer kurzschrittigere Anpassung der Meterdefinition an die technische Entwicklung in Aussicht. Darum wurde die Längeneinheit schließlich an eine unveränderliche Naturkonstante gebunden.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum wurde auf exakt 299.792.458 m/s festgelegt und der Meter am 20. Oktober 1983 von der 17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) entsprechend über die Sekunde definiert. Seitdem gilt diese Definition über eine fundamentale Konstante als Vorbild für die anderen Einheiten des SI-Systems.

Messung der Länge über die Zeit

Die naheliegendste Anwendung dieser Definition ist die Längenmessung über die Zeit. So kann beispielsweise der Abstand des Mondes von der Erde zentimetergenau mit Hilfe von Laserimpulsen gemessen werden, die von Spiegeln auf der Mondoberfläche reflektiert werden. Auch die Satellitennavigation basiert auf der Abstandsmessung über die Laufzeit elektromagnetischer Wellen. Dieses Verfahren eignet sich vor allem bei großen Entfernungen. Im Kleinen stößt sie aber an ihre Grenzen.

Um auch bei kleinen Längen hohe Genauigkeit zu erreichen, werden in der PTB zur Längenmessung genau bekannte Wellenlängen verwendet. Diese lassen sich aus der Frequenz einer Strahlung ableiten, da die Lichtgeschwindigkeit das Produkt aus Wellenlänge und Frequenz ist. Ist also die Frequenz einer Strahlung bekannt, lässt sich die Wellenlänge leicht errechnen. In der PTB dienen Laser mit stabilen Frequenzen als sogenannte Wellenlängennormale. Was im Prinzip einfach klingt, ist jedoch technisch ausgesprochen komplex und anspruchsvoll. In der PTB beschäftigt sich der Fachbereich „Quantenoptik und Längeneinheit“ mit der Entwicklung immer stabilerer Laser, die mittlerweile Unsicherheiten von 10-15 m bei Frequenzen um 429 THz erreichen. Die exakte Bestimmung derart hoher Frequenzen mit Hilfe laserbasierter Frequenzkämme stellt eine enorme technische Herausforderung dar.

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