Jahrhundertelang waren sich die Physiker über die Natur des Lichts uneinig. Auf der einen Seite stand der Niederländer Christiaan Huygens (1629 – 1695) mit dem nach ihm benannten Prinzip, das Licht als räumlich ausgedehnte Welle betrachtet. Auf der anderen Seite Isaac Newton (1643 – 1727), der die Vorstellung vertrat, es bestehe aus einem Strom schneller Teilchen. Erst im 19. Jahrhundert brachten neue Experimente und die Theorie der Elektrodynamik scheinbar Klarheit: Demnach war Licht eine Welle. Doch Albert Einsteins Beobachtungen brachten das Bild erneut ins Wanken. Er beschrieb 1905 den so genannten photoelektrischen Effekt, den er nicht mit der Wellenvorstellung in Einklang bringen konnte. Einstein schlussfolgerte, dass Licht doch aus Teilchen bestehen musste.

Die Forderung nach einer einheitlichen Theorie führte zur Idee des Welle-Teilchen-Dualismus. Dieses quantenphysikalische Prinzip schreibt Objekten grundsätzlich beide Eigenschaften zu. Will man sie beobachten, bestimmen die Umstände des Experiments, welche davon man misst. Licht zeigt sich also je nach Versuchsanordnung als Welle oder punktförmiges Teilchen – prinzipiell aber immer nur als eines von beidem.

Wissenschaftler von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz haben es nun geschafft, beide Eigenschaften des Lichts gleichzeitig in einer Aufnahme abzubilden. Dazu verwendeten sie ein ultraschnelles Rastertransmissionselektronenmikroskop (scanning transmission electron microscope, STEM). Es beschleunigt Elektronen mit Hochspannungen von bis zu 200 Kilovolt. Dabei entsteht ein Elektronenstrahl, der die zu untersuchende Probe Punkt für Punkt abtastet. Die Elektronen durchdringen das Präparat und wechselwirken mit ihm, wodurch sie ihre Richtung oder ihre Energie verändern. Ein Detektor registriert schließlich die neuen Eigenschaften der Elektronen. ...