In der Pariser Akademie der Wissenschaften führte in diesen Tagen der Nobelpreisträger Louis de Broglie die ersten Bilder vor, die zwei französische Physiker mit einem von ihnen konstruierten „Protonen-Mikroskop“ hervorgebracht haben. Es scheint, daß die Wissenschaft im Begriffe ist, damit wieder einen gewaltigen Schritt vorwärts zu tun. Vielleicht wird in einem oder in zwei Jahrzehnten das Protonen-Mikroskop das Elektronen-Mikroskop ebenso ersetzen oder, besser gesagt, ergänzen, wie heute das Elektronen-Mikroskop das Lichtmikroskop ersetzt und ergänzt.

Eine sehr lange Zeit hindurch gab es nur das Lichtmikroskop, in dem das Objekt durch ein System von Glaslinsen vergrößert wird. Vor hundert Jahren hielt man die Entwicklung des Lichtmikroskops für unbegrenzt, weil man meinte, man könne durch Einschaltung weiterer Linsen immer höhere Vergrößerungswerte erreichen. Doch machte der deutsche Physiker Ernst Abbe, Mitbegründer der Zeiß-Werke in Jena, diesem Optimismus ein Ende, als er 1873 schrieb: „Nach allem, was im Gesichtskreis unserer heutigen Wissenschaft liegt, ist der Tragweite unserer Sehorgane durch die Natur des Lichtes selbst eine Grenze gesetzt, die mit dem Rüstzeug unserer dermaligen Naturerkenntnis nicht zu überschreiten ist.“ Abbe hatte erkannt, daß – durch welche Anordnung von Linsen auch immer – Gegenstände nicht sichtbar werden, die kleiner oder annähernd so klein sind wie die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes selbst. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes aber liegt, je nach der Farbe, zwischen 0,4 und 0,8 tausendstel Millimeter. Damit verliert das Mikroskopieren etwa bei der tausendfachen Vergrößerung seinen Sinn, obwohl man, zu bestimmten Zwecken, auch stärkere Lichtmikroskope, bis zur dreitausendfachen Vergrößerung, gebaut hat.

Es verging ein halbes Jahrhundert nach Abbes Feststellung, bis de Broglie im Jahre 1924 auf den Gedanken kam, daß die Elektronen, die man bis dahin als Elektrizitätskörperchen ansah, Wellencharakter und eine Wellenlänge haben müßten. Zwei Jahre später zeigte der deutsche Physiker Busch, daß ein Bündel von Elektronenstrahlen von einem magnetischen oder elektrischen Feld genau so gebogen wird wie ein Bündel Lichtstrahlen An einer Glaslinse. Damit war, da Elektronenstrahlen unter bestimmten Vorrichtungen auf einem Glasschirm sichtbar gemacht werden können, das Prinzip des Elektronenmikroskops gefunden, es brauchte nur mehr konstruiert zu werden. Das geschah zum erstenmal bei Siemens, wo 1939 das erste brauchbare Instrument, von den Physikern von Borries und Ruska entwickelt, fertiggestellt wurde. Die Wirkungsweise, rein schematisch, ist nicht so kompliziert, wie sich der Laie das vorstellen mag. Das Objekt der Untersuchung wird von einem Elektronenstrom durchleuchtet, der mit Hilfe einer Glühkathode – eines elektrisch erhitzten Wolframdrahtes – in einer luftleeren Röhre entsteht, wenn man eine Spannung an die Röhre legt. Ein elektrisches Feld bildet die – unsichtbare – Linse, die den Elektronenstrahl desto stärker bricht, je stärker das elektrische Feld ist, und auf dem Schirm, der die ankommenden Elektronen sichtbar macht, entsteht das vergrößerte Bild. Der Schirm kann durch eine photographische Platte ersetzt werden, auf der Elektronen dieselben Veränderungen hervorrufen wie Lichtstrahlen.

Da die Wellenlänge der Elektronen weitaus kürzer ist als die des sichtbaren Lichtes, kann man durch ihre Anwendung nunmehr die Grenze des Lichtmikroskops bei weitem überschreiten. In der Tat ist die nützliche Leistung des Elektronenmikroskops etwa hundertmal größer als die des Lichtmikroskops, das heißt, man sollte mit seiner Hilfe an die 100 000 fache Vergrößerung herankommen. Durch das Elektronenmikroskop sind in den letzten Jahren zahllose mikrobiologische und mikrotechnische Tatbestände und Vorgänge geklärt worden, und jeder moderne Mensch ist sich darüber klar, was dies für die Medizin bereits bedeutet.

Mit dem Protonenmikroskop, das jetzt zum ersten Male vorgeführt wurde, wird dieser Weg fortgesetzt. Auch beim Elektronenmikroskop zeigen sich, bei Vergrößerungen, die über das 50 000 fache hinausgehen, ähnlich wie bei entsprechenden Vergrößerungen im Lichtmikroskop, gewisse Schwächen. Das hat die französischen Physiker Chanson und Manique auf den Gedanken gebracht, an Stelle von Elektronen- nunmehr Protonenbündel zu verwenden, da die Masse des Protons viel größer und seine Wellenlänge viel kleiner ist als die des Elektrons. Theoretisch müßte auf Grund dieser Eigenschaften des Protons ein Mikroskop möglich sein, das bis zum Millionenfachen vergrößert. Man könnte also damit den sehr kleinen Erreger der Kinderlähmung studieren, dessen Durchmesser nur 15 millionste! Millimeter beträgt, oder manchen anderen Virus und die meisten Moleküle.

Bei ihren ersten Versuchen haben die Franzosen, die seit 1942 an der Konstruktion ihres Instruments gearbeitet haben, gute Ergebnisse mit 25 000fachen Vergrößerungen erhalten. Den Protonenstrom gewinnen sie aus Wasserstoffgas. Protonen sind Atomkerne des Wasserstoffs, die nur von einem einzigen Elektron begleitet sind; dieses Elektron wird dem Kern durch ein elektrisches Verfahren entrissen. Danach werden die Protonen, genau wie im Elektronenmikroskop die Elektronen, in einer luftleeren Röhre gebündelt und durch mehrere Linsen, dargestellt durch elektrische Felder, auf das Objekt konzentriert; dann bringen sie den Schirm zum Fluoreszieren, auf dem das vergrößerte Bild zu sehen ist