Quantum Metrology

Seit zehn Jahren gibt es intensive Überlegungen, das internationale Einheitensystem zu renovieren. Ausschlaggebend waren Fortschritte in der Präzisionsmesstechnik, welche die Möglichkeit eröffneten, Maßeinheiten festzulegen, die nicht von Raum und Zeit abhängen. Bei der Längeneinheit Meter ist diese Entwicklung schon seit 1983 durch Rückführung auf eine Naturkonstante – die Lichtgeschwindigkeit – zum Abschluss gekommen. Nicht nur das Meter, sondern auch die anderen Basiseinheiten unseres internationalen Einheitensystems sollen entsprechend einer Empfehlung der Generalkonferenz für Maße und Gewichte durch festgelegte Naturgrößen ersetzt werden. Ein entsprechender Beschluss könnte 2018 gefällt werden. Der Umschlag des vorliegenden Buches verdeutlicht die geplanten Änderungen: Insbesondere soll das Kilogramm über einen festgelegten Wert für die Planck-Konstante h, das Ampere über einen festgelegten Wert für die Elementarladung e und das Kelvin über einen festgelegten Wert für die Boltzmann-Konstante kB definiert werden.

Die Autoren dieses Buches sind bestens geeignet, die geplanten Änderungen unseres SI-Einheitensystems und die entsprechenden physikalischen Grundlagen zu erläutern. Ernst Göbel war mehr als 16 Jahre Präsident der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und hat als langjähriges Mitglied des Komitees für Maße und Gewichte die geplanten Umwälzungen von Beginn an miterlebt und gestaltet. Uwe Siegner als Leiter der Abteilung Elektrizität in der PTB ist in besonderem Maße von der geplanten Änderung im SI-Einheitensystem betroffen, da sich die elektrischen Einheiten durch international vereinbarte konventionelle Werte für die Josephson- und von-Klitzing-Konstanten von den offiziellen SI-Einheiten abgekoppelt haben und sich erst durch die geplante Neufestlegung der SI-Basiseinheiten in dieses Einheitensystem integrieren lassen.

Nach einer Einführung in die Grundlagen der Metrologie und in unser jetziges Einheitensystem werden in getrennten Kapiteln die experimentellen Methoden erläutert, die für die Neufestlegung der jeweiligen SI-Basiseinheit von Bedeutung sind. Das führt dem Leser die gesamte Breite der modernen Quantenoptik, Thermodynamik, Supraleitungs- und Festkörper-Nanophysik und deren Anwendung in der Metrologie vor Augen. Mit mehr als 500 Referenzen hat der Leser die Möglichkeit, sich in das jeweilige Fachgebiet zu vertiefen.

Das Buch „Quantum Metrology: Foundation of Units and Measurements“ bietet einen hervorragenden Einstieg zum Verständnis der geplanten Änderungen in unserem Einheitensystem und ist Studierenden, Wissenschaftlern und Lehrenden zu empfehlen, die sich für moderne Fragen der Quantenphysik und deren praktischer Anwendung in der Metrologie inter­essieren.

Prof. Dr. Klaus von Klitzing, Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart