Einfluss des optischen Systems auf interferometrische Durchmesserbestimmungen von Silizium-Präzisionskugeln für das Avogadro-Projekt

Bis 2011 sollen vier der sieben SI-Einheiten neu definiert werden. Für die Neudefinition der Einheit Kilogramm, die bis heute noch auf einer Maßverkörperung basiert, wird die Rückführung auf eine fundamentale Naturkonstante angestrebt. Eine Realisierungsmöglichkeit bietet die Avogadrokonstante NA, die zu diesem Zweck im Rahmen einer internationalen Kooperation mit einer relativen Unsicherheit von 10^-8 neu bestimmt werden soll. Für NA müssen molare Masse und Gitterkonstante von Silizium, sowie Masse und Volumen einer Si-Präzisionskugel genauestens ermittelt werden. Für die Volumenmessung wurde das Kugelinterferometer der PTB entwickelt, mit dem absolute Durchmesserbestimmungen im Nanometerbereich möglich sind. Durch den Einsatz sphärischer Objektive ist an Stelle punktweiser Abrasterung die großflächige Messung von Kugeloberflächensegmenten durchführbar, die in ihrer Gesamtheit die vollständige Topografie der Kugel ergeben. Um die Durchmesserbestimmung in Abhängigkeit von der Bildfeldposition zu untersuchen, wurde ein ausgewählter Punkt auf der Oberfläche in unterschiedliche Bereiche des Gesichtsfelds der Objektive gebracht und jeweils der zugehörige Durchmesser ermittelt. Die Abweichungen liegen im Subnanometerbereich, werden allerdings durch die Positioniergenauigkeit beeinflusst.