Primärstandards

Primärstandards bezeichnen in der Messtechnik Referenznormen, die ein Maßprinzip direkt aus unveränderlichen Naturkonstanten oder universellen Phänomenen ableiten. Sie ermöglichen die Realisierung von SI-Einheiten ohne Abhängigkeit von anderen Normen und dienen als Grundlage für die Genauigkeit und Vergleichbarkeit von Messungen weltweit. Primärstandards unterscheiden sich von Sekundärstandards oder Eichnormen, die erst durch Vergleich mit Primärstandards bestimmt werden.

Typische Beispiele umfassen zeitliche und frequenzbezogene Realisationen, elektrische Größen, Masse und Länge. Eine Primäruhr auf der Basis der hyperfeinen Frequenz eines Cäsium-Atoms liefert die Sekunde direkt; der Josephson-Effekt dient als Primärstandard zur Realisierung von Spannung; der Quanten-Hall-Effekt bildet einen Primärstandard für Widerstände. Die aktuelle Definition der Kilogramm-Masse stützt sich auf die Planckschen Konstanten h, realisiert durch eine Kibble-Balance, wodurch die Masse indirekt über eine fundamentale Größe festgelegt wird. Die Längeneinheit erfolgt durch die Definition der Lichtgeschwindigkeit und deren Realisation mittels interferometrischer Messung. Für viele Anwendungen werden zusätzlich physikalische Referenzgrößen und Materialnormen verwendet, die jedoch letztlich an Primärstandards gebunden sind.

Organisationen wie nationale Metrologieinstitute (z. B. PTB in Deutschland, NIST in den USA) entwickeln, prüfen und pflegen Primärstandards. Das Internationale Bureau of Weights and Measures (BIPM) koordiniert globale Vereinbarungen zur Definition und Realisation der SI-Einheiten. Primärstandards sind oft nicht tragbar und erfordern spezialisierte Einrichtungen; sie bilden jedoch das Fundament der Einheitensysteme und sichern langfristige Stabilität und Vergleichbarkeit von Messungen.