Das Photo ist extrem eintönig. Schwarze Punkte sind paarweise und regelmäßig auf einem hellgrauen Hintergrund verstreut. Ein dunkelgrauer Saum umgibt jeden dieser schwarzen Flecken. Langweiliger geht es kaum. Doch Tim Sands Augen leuchten, als er auf die Punkte auf dem Photo zeigt. "Wissen Sie, was das ist?", fragt er und gibt selbst sofort die Antwort: "Das sind einzelne Atome. Wir haben sie photographiert."

Sands, ein junger Doktor der Naturwissenschaften am Lawrence Berkeley Laboratorium (LBL) in Kalifornien, hat allen Grund zum Enthusiasmus. Seit wenigen Monaten ist nämlich dort, im Zentrum für Elektronenmikroskopie, ein auf der Erde einmaliger Apparat im Betrieb: ein Supermikroskop, mit dem die Wissenschaftler zum erstenmal überhaupt Atome sehen können. Jeder schwarze Fleck auf dem Bild ist in Wirklichkeit weniger als ein Millionstel Millimeter klein.

Die Maschine heißt Atomic Resolution Microscope (kurz ARM, zu deutsch etwa "Mikroskop zur Auflösung atomarer Strukturen"). Hinter dem Namen verbirgt sich eine extrem komplizierte, etwa drei Millionen Dollar teure Apparatur. Ein japanischer Elektronikkonzern hatte vor Jahren gegen starke europäische Konkurrenz den Auftrag zum Bau bekommen. Das Mikroskop ist zehn Meter hoch und wird von sechs Computern gesteuert. Es ruht, getragen von zehn pneumatischen Stoßdämpfern, auf einem 100 Tonnen schweren Betonblock.

Die Objekte, die mit dem ARM untersucht werden, sind kaum größer als ein Stecknadelkopf: ein Stück Silizium-Halbleiter, ein Plättchen Gold, eine Legierung verschiedener Metalle. Doch diese gerade drei Millimeter großen Proben sind riesig im Vergleich zu einem Atom. Ihre Größe verhält sich dazu etwa wie die Fläche Berlins zu einem Pfennig, der auf dem Ku-Damm liegt. Allerdings wäre die Münze selbst auf den besten Luftaufnahmen der alten Reichshauptstadt nicht zu entdecken. Denn die Körnung des Films wäre viele hundertmal größer als das Bild des Geldstücks.

Vor ähnlichen Problemen standen lange Zeit die Wissenschaftler, als sie mit Mikroskopen immer feinere Bilder von den kleinsten Strukturen der Materie aufnehmen wollten. Schließlich wurden die untersuchten Objekte kleiner als die Wellenlänge des Lichts. Nach den Gesetzen der Optik war somit keine Abbildung mehr möglich.

Abhilfe schuf erst die Erfindung des Elektronenmikroskops. Statt Lichtstrahlen werden bei ihm Elektronen durch das Objekt geschickt. Seit den dreißiger Jahren wissen die Physiker, daß Elektronen sowohl Teilchen als auch Welle sein können.

Die zweite Eigenschaft wird beim Elektronenmikroskop ausgenutzt. Denn die Wellenlänge der Elektronen ist viel geringer als die der Lichtwellen, weshalb sich damit auch noch extrem kleine Objekte untersuchen lassen.