Elektronen zählen: Das Ampere wird neu definiert

Das Ampere, also die Einheit für die elektrische Stromstärke, kann nun neu definiert werden. Ein wichtiger Fortschritt in der experimentellen Beobachtung macht entsprechende Planungen jetzt möglich. Für jede Maßeinheit wird eine Referenz-Definition benötigt. Am bekanntesten dürfte hier das Kilogramm sein, dessen Wert von 1 durch einen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung festgelegt wird, den das Internationale Büro für Maß und Gewicht (BIPM) in der Nähe von Paris aufbewahrt. Für eine Einheit wie das Ampere ist eine solche Repräsentation allerdings etwas schwieriger.

Eine der ersten Festlegungen aus dem 19. Jahrhundert bezog sich noch auf die Elektrolyse in einer Silbernitrat-Lösung: Als 1 Ampere wurde die Stärke eines Stroms definiert, der hier 1,118 Milligramm Silber in einer Sekunde abscheiden kann. Später definierte man die Einheit anhand der Kraft, die zwei Leitungen über ihr elektromagnetisches Feld aufeinander ausüben.

Schon im Jahr 2005 wurde beschlossen, verschiedene Einheiten neu zu definieren und dabei auf Methoden zurückzugreifen, die neuere wissenschaftliche Verfahren möglich machen und die auf Naturkonstanten beruhen. Beim Ampere war die Definition eigentlich naheliegend: Da die Ladung von Elektronen bekannt ist, könnte man einfach eine bestimmte Menge von ihnen, die in einer festgelegten Zeit durch einen Leiter fließen, als Referenzgröße benennen.

Die Voraussetzung dafür ist die Möglichkeit, die Menge der an einem bestimmten Punkt vorbeifließenden Elektronen auch wirklich exakt zählen zu können. Dies ist Physikern an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig nun gelungen. Mittels einer verbesserten Form der Elektronenpumpe ist es ihnen gelungen, jedes einzelne durchfließende Elektron zu erfassen, berichtete das Magazin Nature.

Allerdings ist dies nur der erste Schritt hin zu einer praktikablen Anwendung, mit der in Zukunft auch Messgeräte geeicht werden können. Denn diese arbeiten mit deutlich höheren Strömen als das Experiment der Forscher. Hier müssen also entsprechende Anpassungen vorgenommen werden. Außerdem soll die zugrundeliegende Technologie einfach genug werden, um sie an verschiedenen Standorten ohne zu großen Aufwand nachzubauen. Das Ziel besteht nun darin, dass 2018 die offizielle Neudefinition in Kraft treten kann.