sciencetalk

Als je steeds hoger energetische gammastralen produceert, hebben ze 'n steeds kleinere golflengte. Dus waarom kun je dan niet die gammastralen gebruiken om de kleinst mogelijke deeltjes te kunnen zien zoals 't Higgs-boson?

Deeltjes zoals het Higgs boson zijn fundamentele deeltjes en dat betekent dat ze geen fysieke vorm hebben. Het begrip 'zien' is dus niet van toepassing. (Je ziet hooguit de effecten van de aanwezigheid van een fundamenteel deeltje). Een proton b.v. heeft wel een fysieke afmeting omdat het uit 3 quarks bestaat. (en het gluon).
Maar zelfs dan is het niet mogelijk om een 'naakt' enkel proton te zien. Wat sinds kort wel kan is een waterstof atoom zichtbaar maken De kern (dus een proton) is dan weliswaar ook te zien maar dan als onderdeel van iets 'groters' en dat gebeurd al met een bepaalde microscoop techniek, daar heb je vooralsnog geen gevaarlijke gammastralen voor nodig. Bovendien vermoed ik dat het produceren van gammastralen voor dit doeleinde duur is en de te bestuderen deeltjes veranderingen ondergaan die een 'vals beeld' opleveren. (Denk aan het onzekerheidsprincipe van Heisenberg)
 
Wel bestaat er gammastraal spectroscopie, maar dat is niet om een beeld van een deeltje te krijgen maar van de uitgezonden gammastralen van het monster.

Gammastralen kunnen wij niet met onze ogen waarnemen. Als je 'zien' (met onze eigen ogen) vervangt door 'waarnemen' (door, of met behulp van een instrument) dan kan je heel ver komen.
 
Hoe korter de golflengte, hoe kleiner het waar te nemen object, maar ook hoe hoger de energie. Bij extreem korte golflengten vernietigt die energie het object.
 
Maar dat heeft ook positieve kanten; In de Large Hadron Collider van Cern wordt zoveel energie aan deeltjes toegevoegd dat ze uiteenvallen en de interne structuur waarneembaar wordt.
 
Zo bezien kan je de LHC beschouwen als een reusachtige microscoop die de waarneming van ondermeer het Higgsdeeltje mogelijk maakt. Meer over Cern vind je hier.

Voor elementaire deeltjes gaat het inderdaad niet werken, maar het idee om microscopie te bedrijven met kleinere golflengtes is wel valide. 
 
Voorbij zichbaar licht kun je een stukje het UV in, maar daarna wordt het een stuk lastiger: Je hebt ook optica nodig die werkt bij dergelijk kleine golflengtes, en het is niet zo simpel om pakweg een lens te maken die werkt bij 200, 100 of 50 of 10 nm. 
 
Een aardig compromis in deze is een electronenmicrosocoop waarbij je magneetvelden kunt gebruiken als lenzen (electronen zijn geladen, fotonen niet). Nadeel is dat hetgeen je bekijkt wel eletrisch geleidend moet zijn, iets dat soms gedaan wordt door een (min of meer atomair) dun laagje metaal op te dampen. 
 
Voor nog kleinere details worden compleet andere technieken gebruikt, bijvoorbeeld atomic force of tunneling electron mircoscopen, die dusdanige details kunnen herkennen om individuele atomen mee te kunnen zien in bijvoorbeeld het kristalrooster van een metaal. Dit heeft echter niets meer met optische beelvorming van doen. 

Vergeet x-ray diffractie niet, heel mooi voorbeeld van de relatie tussen golflengte en grote van de te bestuderen structuur.
Merk wel op dat deze techniek enkel werkt voor periodische structuren(krystallen).
 
Ik ken geen periodische structuren op maat van gammagolflengte (picometers). Misschien neutronensterren? In ieder geval hebben we voorlopig in de verste verte niet de toegang tot een dergelijk sample of de optica om zo'n gamma bundel te maken.