2. Teilchenmikroskope
So benötigt man zum Beispiel eine Lampe, deren Lichtteilchen auf einen Körper fallen, und das Auge, um das reflektierte Licht aufzunehmen. Die Lampe ist also die Quelle und das Auge der Detektor.
Bei Untersuchungen von Teilchen des subatomaren Bereichs, d.h. von Ausmessungen kleiner als Atome (wie zum Beispiel von Protonen im Atomkern, wie unten abgebildet), haben die untersuchenden Teilchenstrahlen zwei wichtige Funktionen:
- Sie sollen die feinen inneren Strukturen des Objekts auflösen können, so dass man aus dem Nachweis der gestreuten Teilchen mit dem Detektor ein Bild des Innenlebens des Objektes erhält.
- Manchmal ist es zudem nicht unerwünscht, dass dabei auch neue Teilchen entstehen, die man ebenfalls nachweist, um daraus Schlüsse über die Art der Wechselwirkung mit dem Objekt, und damit über das Objekt selber zu ziehen.
Je kleiner die zu untersuchenden Objekte sind, desto kleiner muss auch die Ausdehnung der verwendeten Strahlteilchen sein. Mit Elektronenstrahlen kann man also bessere Auflösung erzielen als mit Protonenstrahlen.
Die Auflösung wird aber noch durch einen anderen Effekt begrenzt, der zu den eigentümlichen Eigenschaften von Teilchen gehört: Den Ort, an dem ein Strahlteilchen das Objekt getroffen hat, kann man umso besser bestimmen, je größer die Energie, oder, genauer gesagt, der Impuls p der Strahlteilchen ist. Dies ist Inhalt der
Heisenberg'schen Unschärferelation
x
>h/p
Es genügt also nicht, kleine Teilchen (Elektronen,
Photonen) zu haben, sie müssen auch hohe Energien besitzen. Für
Lichtteilchen ist .h/p
gerade gleich 
,
der Wellenlänge des Lichts. Auch andere Teilchen kann man so eine
effektive Wellenlänge zuordnen. Mehr über diese sogenannte de-Broglie
Wellenlänge von Teilchen in der Ergänzung.
Für die Untersuchung von Objektstrukturen mit Teilchenstrahlen
gilt also:
Um die Struktur eines Objekts
auflösen zu können, muss die Wellenlänge
der Teilchen eines Untersuchungs-Strahls immer kleiner als die Objektstruktur
sein!
D.h., wenn man elektromagnetische Wellen zum Auflösen der Struktur eines Objekts verwendet, muss die Wellenlänge
der verwendeten Photonen immer kleiner sein als die Struktur des Objekts.
Will man kleinere Strukturen untersuchen, so
muss man anstelle von sichtbarem Licht z.B. Röntgen- oder 
-Strahlen
zur Objektuntersuchung benutzen, weil diese kleinere Wellenlängen haben.
Um Elementarteilchen im subatomaren Bereich erforschen zu können, braucht
man ein sehr großes Auflösungsvermögen, das von hochenergetischen
Teilchenstrahlen mit großen Impulsen geliefert wird.
Nun stellt sich die Frage, wie man Teilchen beschleunigt, damit sie auf solch hohe Energien kommen.
Das wird auf den folgenden Seiten erklärt.
