Vedere l'invisibile

Negli anni 1670 il mercante di tessuti olandese Antonie van Leeuwenhoek molò minuscole lenti di vetro e osservò l'acqua di stagno, i residui dei denti e l'acqua piovana. Vide dei "animaletti" viventi di cui nessuno aveva mai saputo l'esistenza. I suoi microscopi a lente singola ingrandivano fino a circa 270 volte. Un moderno microscopio scolastico può ingrandire 1.000 volte, ma c'è un problema: un ingrandimento maggiore non significa la stessa cosa di un'immagine più nitida.

La magnificazione rende l'immagine più grande. La risoluzione è la distanza minima tra due punti che riesci ancora a vedere come due punti distinti. Se la risoluzione è scarsa, ingrandire di più dà solo una sfocatura più grande. Questo si chiama ingrandimento vuoto.

Per un microscopio ottico, la risoluzione è limitata dalla lunghezza d'onda della luce. Il limite di Abbe dice che la distanza minima risolvibile è circa

d = λ ÷ (2 × NA)

in cui λ è la lunghezza d'onda della luce e NA è l'apertura numerica della lente, un numero che indica quanta luce raccoglie la lente. Considera la luce verde con λ ≈ 550 nm e una lente molto buona con NA ≈ 1,4: d ≈ 550 ÷ 2,8 ≈ 200 nm.

Quindi un batterio di circa 2.000 nm è dieci volte più grande del limite e appare nitidamente. Un virus dell'influenza di circa 100 nm è più piccolo del limite. Un microscopio ottico può mostrarlo solo come una debole sfocatura, se riesce a mostrarlo.

I microscopi elettronici usano una trave di elettroni invece della luce. Gli elettroni veloci si comportano come onde con lunghezze d'onda molto più corte della luce visibile, quindi possono risolvere dettagli di circa un nanometro o persino più fini negli strumenti migliori. Il primo microscopio elettronico fu costruito all'inizio degli anni 1930. Nel 1939 alcuni ricercatori in Germania pubblicarono micrografie elettroniche del virus del mosaico del tabacco, tra le prime immagini di una particella virale. (I virus erano noti come "agenti filtrabili" fin dagli anni 1890, perché passavano attraverso filtri che bloccavano i batteri. Fino ad allora nessuno ne aveva visto uno.)