Mehr als ein Jahrhundert galt ein Metall-Zylinder, der unter strengen Sicherheitsvorkehrungen nahe Paris aufbewahrt wird, als internationale Messeinheit für ein Kilogramm. An diesem Urkilo messen Metrologie-Institute in aller Welt bisher ihre nationalen Kilo-Prototypen. Doch nun bereitet der 1889 im Vereinten Königreich hergestellte Zylinder aus 90 Prozent Platin und zehn Prozent Iridium mit einer Höhe und einem Durchmesser von jeweils 3,9 Zentimetern der Fachwelt Kopfzerbrechen: Das Gewicht des Prototyps hat sich entgegen allen Erwartungen verändert.

Gegenüber dem Durchschnittsgewicht von sechs zur gleichen Zeit hergestellten, offiziell anerkannten Kopien habe das Standard-Kilo im Laufe der Jahre um rund 50 Mikrogramm, also 50 Millionstel Gramm, abgenommen, berichtete der Leiter des Internationalen Büros für Maße und Gewichte (BIPM), Alain Picard, kürzlich bei einer Fachkonferenz in der französischen Hauptstadt. Die Abnahme könne von Reaktionen an der Oberfläche des Zylinders herstammen oder von einem Gasverlust des Metalls.

Im täglichen Leben, etwa beim Kauf eines Kilos Zucker oder Äpfel, ändert dies nichts – die Abweichung entspricht in etwa dem Gewicht eines winzigen Sandkorns mit einem Durchmesser von 0,4 Millimetern. Doch den Physikern gibt das Phänomen Rätsel auf. Für komplizierte Berechnungen in wissenschaftlichen Labors ist eine eindeutig festgelegte, internationale Messeinheit tatsächlich unverzichtbar.

Eine physikalische Konstante soll das materielle Standard-Kilo ersetzen

Die in Paris versammelten Forscher beschlossen daher, sich auf die Suche nach einem neuen Standardmaß für ein Kilogramm zu begeben. Dabei soll künftig auf einen materiellen Prototypen als Bezugseinheit verzichtet werden, wie dies bereits bei anderen Maßeinheiten geschah: Der Meter etwa wird seit den sechziger Jahren an einer Konstante gemessen; und zwar an der Zeit, die das Licht braucht, um 100 Zentimeter zurückzulegen.

Als neue Messeinheit für ein Kilo könnte künftig die Plancksche Konstante gelten, benannt nach Max Planck, einem der Väter der Quantenphysik. Das Plancksche Wirkungsquantum, dargestellt durch ein h, hat die Dimension von Energie mal Zeit – genannt Wirkung. Ein h ist die kleinste Energiemenge, die zwei Teilchen austauschen können. Dieses Wirkungsquantum könnte künftig verwendet werden, um das Gewicht von einem Kilo zu definieren, beschloss die 24. Generalkonferenz zu Gewichten und Messungen Ende Oktober in Paris.

Zuvor sollen allerdings eine Reihe von Messungen vorgenommen werden, damit sichergestellt ist, dass die Plancksche Methode die geforderte Präzision garantiert. Angewandt werden könnte auch das internationale Avogadro-Verfahren. Damit ließe sich ein Kilogramm anhand der Anzahl der Atome eines bestimmten Materials bestimmen. Eine Entscheidung darüber dürfte aber nicht vor 2014 fallen, betonte Picard.

Das Urkilo, genannt "Le Grand K" ("das Große K"), soll auf jeden Fall weiterhin unter dem Schutz von drei Glasglocken im Pavillon de Breteuil in Sèvres aufbewahrt werden, dem Sitz des Internationalen Büros für Maße oder Gewichte. Auch wenn an ihm eines Tages nicht mehr weltweit das Gewicht aller Gegenstände gemessen wird, so bleibt es zumindest ein wertvolles Museumsstück.