یکی از اولین شتابدهنده‌های ذرات اروپا و جهان، در شهر هامبورگ واقع شده است که به آن شتابدهنده‌ی DESY (مخفف Deutsches Elektronen Synchrotron) می‌گویند. وقتی برای اولین بار به دعوت یکی از دوستان مشغول در این مرکز، به بازدید از این شتابدهنده رفتم، موضوع جالبی را متوجه شدم. در بخشی از این مرکز تحقیقاتی (تصویر بالا) دو محقق را دیدم که در حال بررسی تصاویر میکروسکوپی بودند و خیلی کنجکاو شدم که بدانم فعالیت این مرکز چه ارتباطی با چنین تحقیقاتی دارد. بعد از گفتگو با مسئول این قسمت، متوجه شدم بخش بزرگی از فعالیت این شتابدهنده، نه در حوزه‌ی فیزیک ذرات، بلکه در زمینه‌ی مشاهدات میکروسکوپی فعالیت می‌کند. اگرچه متخصصان این مرکز، همکاری‌های گسترده‌های با شتابدهنده‌ی بزرگ سرن در مرز سوئیس و فرانسه و همچنین شتابدهنده‌ی فرمی لب در ایالات متحده دارند و طراحی بسیاری از بخش‌های سایر شتابدهنده‌های دنیا به کمک فیزیکدانان DESY صورت گرفته است، اما خود این مرکز اکنون سال‌هاست بیشتر بر روی تهیه‌ی تصاویر میکروسکوپی متمرکز است و میزبان محققان زیادی از گوشه و کنار دنیا برای ثبت تصاویر در ابعاد بسیار پایین است.
اما چطور یک شتابدهنده‌ی ذرات می‌تواند به عنوان یک میکروسکوپ قدرتمند عمل کند؟
اجازه دهید از عادی‌ترین میکروسکوپی که در اختیار داریم شروع کنیم و آن چشمان ماست. چشمان ما می‌توانند اجسام را با وضوح دو صدم (۰/۰۲) درجه تشخیص دهند. یعنی تا این سطح از وضوح (resolution) توسط چشمان ما قابل تفکیک است. این بدین معناست که ما یک تار مو را از فاصله‌ی ۳۰ سانتی‌متری تشخیص می‌دهیم. هر چیزی نازک‌تر از تار مو در این فاصله، توسط چشم ما قابل تشخیص نیست. بعد از آن میکروسکوپ نوری‌ست که وضوح آن تا ۲۰۰ نانومتر است. یعنی میکروسکوپ نوری معمولی می‌تواند تا هزار برابر بهتر از چشم انسان، اجسام را تشخیص دهد و از هم تفکیک کند. به همین خاطر هم ما می‌توانیم با میکروسکوپ نوری معمولی، داخل سلول‌ها را مشاهده کنیم. چرا که ابعاد سلول‌ها نیز در همین حدود است. ما می‌توانیم وضوح را تقریبا به صورت نصف طول موج تعریف کنیم. طول موج نور مرئی بین ۷۰۰ تا ۳۸۰ نانومتر است. به همین خاطر هم وضوح میکروسکوپ نوری، در حدود نصف این طول موج یا همان ۲۰۰ نانومتر است.
اما بعد از نور مرئی چطور؟ ما چطور این محدودیت را پشت سر بگذاریم؟
اینجاست که فیزیک کوانتوم به سراغ ما می‌آید. دوبروی به ما می‌گوید که هر ذره‌ای رفتاری موجی از خودش نشان می‌دهد که طول موج این موج‌ِ متناظر، از رابطه‌ی دوبروی به دست می‌آید. مطابق رابطه‌ی دوبروی، طول موج این موج‌ِ متناظر با ذره، با مومنتوم ذره رابطه‌ی عکس دارد. یعنی اگر ما به یک ذره شتاب بیشتری بدهیم، موج دوبروی متناظر با این ذره، طول موج کوتاه‌تری خواهد داشت.
حالا فرض کنید که ما به کمک یک میکروسکوپ الکترونی شتاب یک الکترون را افزایش دهیم، این الکترون به طول موج‌های پایین‌تر از نور مرئی می‌رسد و ما می‌توانیم ذراتی در ابعاد اتم‌ها را نیز مشاهده کنیم. اما میکروسکوپ‌های الکترونی نیز با محدودیت‌هایی برای افزایش شتاب ذرات روبرو هستند. اینجاست که شتابدهنده‌های ذرات مثل شتابدهنده‌ی DESY وارد عمل می‌شوند و می‌توانند ذرات را به سطوح بسیار بالاتر انرژی و طول‌موج‌های بسیار کوتاه‌تر برسانند و به ما این امکان را بدهند تا ابعاد بسیار کوچک‌تر مثلا ابعاد زیراتمی را نیز مشاهده کنیم. پس به این شکل، ما می‌توانیم به شتابدهنده‌های ذرات، به چشم میکروسکوپ‌های بزرگ نیز نگاه کنیم.
– ابا اباد