a.) 100pm: Als letzter Teil der Lösung soll noch die Messung der Strecke angegeben werden. Die Strecke wurde schon mit Atomen beschrieben. Ein Tunnelmikroskop mit guter Hebelübersetzung wäre vielleicht ein Weg dahin.

Interessant ist auch die Überlegung wie hoch ein Stück Stahl sein muss, ein Stab, oder eine Säule, damit sie beim Aufrichten, der unter der Last des eigenen Gewichts um 100pm in sich zusammensinkt: knapp 32mm.
Damit wäre die Strecke schon mal als Änderung reproduzierbar. Andererseits wird die Änderung bei einer Temperaturerhöhung von 0,00026°C schon wieder ausgeglichen.
So könnte man es eher mit einer Kupferleiterbahn von 35µm versuchen. Die schafft die Dickenänderung von 100pm auch schon bei 0,17°C.

Wenn man also die relative Änderung bei kleinen Abmessungen beobachtet, kommt man leichter auf reproduzierbare kleine Werte. Die Lichtwellenlänge von 650nm braucht sich nur um 1/6500 zu ändern um die gesuchte Längenänderung zu erreichen.
Einen Laserpointer kann man ja nach einem Eingriff mit einstellbarem Strom betreiben. Laut Datenblatt der Laserdiode hat man dann durch die unterschiedliche Ladungsträgerdichte eine Wellenlängenänderung von etwa 1nm bei 10mA Stromänderung. Es ist also leicht, den Laserstrom um 1mA zu ändern, um eine Wellenlängenänderung von 100pm zu erreichen.

Doch wie misst man das mit nahezu haushaltsüblichen Mitteln?

Von dem etwas aufgeweiteten Laserstrahl wird mit einer Glasscheibe zweimal ein etwa gleich großer Anteil in die gleiche Richtung abgespalten, von der Vorderseite und von der Rückseite. Der Strahl wird gegen die Strahlrichtung gespiegelt, mit einem kleinen Winkel aus dem Strahlengang heraus, damit man auf einem Schirm das Bild sehen kann.


Die beiden Anteile werden miteinander interferieren wobei sie einen Gangunterschied von 6500 Wellenlängen haben sollen. Es ist dann bei der Abstimmung der Wellenlänge eine Verschiebung des Interferenzmusters um eine Periode des Streifenmusters zu beobachten. Die Dicke der Scheibe soll damit 1,4mm sein. (3250 x 650nm / 1,5).
Ist nur ein Stück Glas in anderer Stärke vorhanden, dann kann die Änderung auch rechnerisch korrigiert werden. Wegen des kleinen Winkels zur Auskoppelung ist nicht der erste Interferenzstreifen zu sehen sondern erst der 10. oder 20.

Strahl aufweiten, an der Scheibe spiegeln und Interferenzmuster durch Stromänderung um eine Periode verschieben dann erhält man eine nachgewiesene Wellenlängenänderung um 100pm.

Mit einer dickeren Glasscheibe oder einem kleinen Glasblock und einer höheren Auflösung durch elektronische Kamera und Übertragung der Bilddaten in ein Korrelationsprogramm kann man mit diesen relativ einfachen technischen Mitteln auch eine Auflösung der Wellenlängenänderung auf 1pm erreichen.

Das war's zum Einstieg in die Pico Technologie. Die Aufgaben sind so von der Art, dass man vielleicht nicht gleich drauf kommt, aber wenn man es mal brauchen kann, dann hat man auf alle Fälle schon mal davon gehört.
Manfred