Come funziona un microscopio

Qual’è il processo che ci permette di osservare in un microscopio, ingranditi di centinaia o migliaia di volte oggetti piccolissimi?
Innanzi tutto occorre un fascio di particelle. In un microscopio ottico questo fascio di particelle è costituito dai fotoni. La loro sorgente può essere indifferentemente il Sole, una lampadina o una candela.
Questa sorgente di luce produce le particelle che trasportano energia mentre si muovono. Adesso incanaliamo questo fascio di particelle nel nostro microscopio ottico.
Il microscopio ha un bersaglio, di solito, un vetrino su cui è depositato l’oggetto che vogliamo ingrandire: una goccia di sangue come un capello.
I fotoni del nostro fascio di luce collidono con il bersaglio e le particelle vengono disperse in tutte le direzioni.
Il nostro microscopio è costituito da un sistema di lenti van Leeuwenhoek perfettamente sferiche organizzate in configurazione di Lister per correggere l’aberrazione cromatica (vedi post “Dal microscopio al LHC del Cern”).
Il sistema di lenti del microscopio raccoglie una parte dei fotoni dispersi, organizza un’immagine e la trasmette all’occhio dell’osservatore.
Semplice, no? Ma allora perchè con i migliori e più potenti microscopi ottici non siamo in grado di osservare, per esempio, un quark?
In questo caso entra in gioco una regola aurea per vedere qualcosa di piccolo, nel caso di un quark, di estremamente piccolo, la sonda usata deve essere ancora più piccola.
Si obietterà che il fotone è una particella elementare, senza struttura, puntiforme, quindi perchè non è sufficiente come sonda per osservare un quark?
La risposta si colloca tutta nel meraviglioso mistero della meccanica quantistica: il fotone è certamente una particella ma allo stesso tempo è un’onda. Siamo nel pieno della dualità onda-particella del mondo dei quanti.
Ed in questo caso la dimensione della “sonda fotone” è data dalla sua lunghezza d’onda. Come sappiamo la luce visibile ordinaria ha una lunghezza d’onda di circa 0,00005 centimetri di ampiezza e pertanto risulta troppo grande per mettere a fuoco oggetti, come i quark, che si collocano sotto la scala di 0,00001 centimetro.