The New International System of Units (SI)

Seit dem 20. Mai 2019 ist das grundlegend revidierte internationale Einheitensystem (SI) in Kraft, in dem sämtliche physikalischen Maßeinheiten auf sieben Naturkonstanten zurückgeführt werden. Neben der Frequenz des Hyperfeinübergangs im Grundzustand des 133Cs-Atoms, der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und dem photometrischen Strahlungs­äquivalent der Frequenz 540 × 1012 Hz, die im bisherigen SI die Sekunde, das Meter bzw. die Candela definierten, sind dies nun die Planck-, Boltzmann- und Avogadro-Konstante sowie die Elementarladung für Kilogramm, Kelvin, Mol bzw. Ampere. Das Urkilogramm und die Wasser-Tripelpunktzelle haben ausgedient. Das SI hat damit erheblich an Stabilität gewonnen und wird von Ort und Zeit unabhängig. Zudem lassen sich wissenschaftliche und technische Fortschritte nutzen, um die Realisierung der Einheiten zu verbessern, ohne die Definition ändern zu müssen. Das ermöglichen die beeindruckenden Errungenschaften in der Präzisionsmesstechnik und Quantenmetrologie.

Das vorliegende Buch basiert auf dem Titel „Quantum Metrology: Foundation of Units and Measurements“ der gleichen Autoren, die bes­tens qualifiziert sind, das neue SI zu erläutern: Ernst Göbel war mehr als 16 Jahre Präsident der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und langjähriges Mitglied des Internationalen Komitees für Maße und Gewichte (CIPM). Uwe Siegner leitet die Abteilung Elektrizität der PTB und ist Mitglied im beratenden Komitee für Elektrizität und Magnetismus (CCEM) des CIPM.

Das Werk behandelt erstmals das nun gültige (neue) SI in seiner Gesamtheit. Insbesondere stellt es die Definitionen des neuen Einheitensys­tems vor und setzt sie in Bezug zum vorherigen System. Separate Kapitel erläutern die physikalischen und technologischen Grundlagen sowie die experimentellen Methoden, die für die neue Festlegung der jeweiligen SI-Basiseinheit von Bedeutung sind.

Schließlich geht es um die neueren Entwicklungen in der Quantenoptik (optische Atomuhren) und Quantentechnologie (Einzelphotonenquellen) im Hinblick auf eine mögliche Neudefinition der Sekunde bzw. der radiometrischen Einheiten. Das alles führt dem Leser die gesamte Breite der modernen Quantenoptik, Thermodynamik, Supraleitungs- und Festkörper-Nanophysik und deren Anwendung in der Metrologie vor Augen. So profitiert die elektrische Messtechnik besonders vom neuen SI, da jetzt die elektrischen Einheiten mithilfe des Josephson- und des Quanten-Hall-Effekts mit höchster Präzision dargestellt und weitergegeben werden können. Mehr als 800 Referenzen bieten die Möglichkeit, sich in das jeweilige Fachgebiet weiter zu vertiefen.

Das Buch von Göbel und Siegner bietet einen hervorragenden Einstieg zum Verständnis unseres neuen Einheitensystems und ist Studierenden, Wissenschaftlern und Lehrenden zu empfehlen, die sich für moderne Fragen der Quantenphysik und deren praktische Anwendung in der Metrologie interessieren.

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