Lässt sich die Auflösung eines Mikroskops, wie wir es alle aus dem Bio-Unterricht kennen, eigentlich noch verbessern? Arbeiten wir mit gewöhnlichem Licht, so ist bei etwa 0,2 Millionstel Metern Schluss. Feiner kann Licht nichts auflösen, dazu ist seine Wellenlänge nicht klein genug. Wenn aber unser Untersuchungsobjekt noch winziger ist? Dann nehmen wir statt Licht einfach Röntgenstrahlung. Deren Wellenlänge ist noch viel kürzer, unter Umständen sogar kürzer als der Abstand der Atome in einem Molekül – dann kann man noch viel feinere Details erkennen.

Dieses sehenswerte Video zeigt, wie das gemacht wird. Das verwendete Mikroskop, die Linac Coherent Light Source (LCLS) im kalifornischen Stanford, ist nicht gerade klein: Es besteht aus einem kilometerlangen Elektronenbeschleuniger, der einen kurzen Elektronenimpuls produziert. Eine nachfolgende Magnetstruktur verwandelt diesen dann in einen Röntgenblitz. Den kann man benutzen, um selbst sehr kleine Objekte zu röntgen, in diesem Fall Cyanobakterien, auch als Blaualgen bekannt.

An dem Experiment, das hier vorgestellt wird, war ich selbst beteiligt. Erstaunlich, wie einfach im Video alles wirkt: Tatsächlich waren wir mit einem mehr als vierzigköpfigen Team einige Monate lang beschäftigt, den Versuch aufzubauen.

Warum nun dieser ganze Aufwand? Der Blitz des LCLS muss extrem intensiv und außerdem sehr kurz sein. Intensiv muss er sein, weil Röntgenlicht nicht besonders stark mit Materie wechselwirkt. Doch erst dadurch, dass es vom untersuchten Objekt in verschiedene Richtungen gestreut wird, bekommen wir überhaupt Informationen über das Objekt. Wir brauchen also viel Licht, damit es zu möglichst vielen Wechselwirkungen kommt. Außerdem reicht es uns nicht, wie beim gewöhnlichen Röntgen nur den groben Schattenwurf etwa eines Knochens aufzunehmen – wir wollen die Bakterien möglichst detailliert und vergrößert sehen.

Der zweite wichtige Aspekt, der im Video auch sehr eindrücklich dargestellt wird, ist die Kürze des Röntgenblitzes. Er ist sogar so kurz, dass man eigentlich nicht mehr von einem Lichtstrahl sprechen kann – es ist eher eine flache Scheibe, die aussieht, als hätte man sie aus einem Lichtstrahl herausgeschnitten. Das Video zeigt sehr schön, wie diese Röntgenscheibe durch das Cyanobakterium pflügt.

In der Kürze und Helligkeit des Strahls besteht letztlich der eigentliche Trick des Verfahrens: Sobald der Strahl auf die zu diesem Zeitpunkt noch lebenden Bakterien trifft, ist die Aufnahme im selben Moment auch schon im Kasten – dass winzigste Sekundenbruchteile später erste Strahlenschäden an den Zellen sichtbar werden und diese schließlich verdampfen, spielt dann schon keine Rolle mehr.
Das kann man mit Worten erklären, aber erst im Video wird es richtig anschaulich.