Dotychczasowa, szeroko stosowana w medycynie, technika prześwietlania krótkimi falami elektromagnetycznymi (promieniami X) nie pozwala rejestrować obiektów mało różniących się gęstością, a więc pochłanianiem promieniowania. Osłabienie wiązki promieniowania elektromagnetycznego w materii zależy wykładniczo od ilości materii, która promieniowanie przenika. Patologicznie zmieniona tkanka żywa rożni się tylko nieznacznie gęstością od otaczającej ją tkanki zdrowej. Natężenia wiązek promieniowania przenikających zdrową i chorą tkankę różnią się przeto również nieznacznie, tak że wykrycie tej różnicy może być niemożliwe.

Zastosowanie niskoenergetycznej wiązki protonów do prześwietleń radykalnie zmienia sytuację. Dla protonów niskoenergetycznych (to znaczy o tak dobranej energii, aby ilość materii, którą maja przeniknąć, była tylko nieco mniejsza od tej ilości, która zatrzymałaby je całkowicie) zmiany natężenia wiązki w miarę wzrostu ilości przenikniętej przez nią materii są bardzo szybkie. Niewielka nawet różnica w gęstości ośrodków powoduje bardzo znaczna różnice w ilości przepuszczanych protonów. Rożnica ta może wskazać na wewnętrzną strukturę badanej tkanki znacznie precyzyjniej niż konwencjonalne prześwietlenie promieniami X. Pierwsze próby rozpoczęto w lutym 1974 r. z wiązka 200 MeV protonów pochodzących z konwencjonalnego akceleratora używanego w laboratorium do badania procesów oddziaływań cząstek elementarnych.

W bloku tworzywa sztucznego o grubości 22,5 cm wyżłobiono dołek o głębokości 0,125 mm. Prześwietlenie wiązką protonów pozwoliło wykryć to wgłębienie wykazując tym samym, że można zaobserwować zmiany gęstości mniejsze niż 0,1%.

W kwietniu 1974 r. wykonano pierwsze próby z wypreparowana tkanką ludzką. Zdjęcie 1 przedstawia układ doświadczalny. Próbka tkanki mózgowej znajduje się w pojemniku wypełnionym woda, widocznym w środku zdjęcia. Pojemnik jest przesuwany w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku wiązki, a licznik scyntylacyjny rejestruje natężenie przechodzącej wiązki dla każdego położenia pojemnika. W ten sposób powstaje mapa zdolności pochłaniania badanej tkanki. Całkowita dawka promieniowania, otrzymana przez tkankę w procesie prześwietlania wynosi około 5 miliremów, a więc znacznie mniej niż przy prześwietleniu konwencjonalnym. Zdjęcie 2 przedstawia otrzymaną w opisany sposób mapę mózgu. Ciemny obszar po lewej stronie wskazuje tkankę nowotworową.

W oparciu o opisane eksperymenty i obliczenia teoretyczne sądzi się, że będzie można wykrywać nowotwory mózgu o średnicy powyżej 4 mm i nowotwory piersi o średnicy nie mniejszej niż 2 mm. Wymaga to opracowania przenośnych, prostych w obsłudze i tanich akceleratorów protonów, takich, które można instalować w szpitalach. Prace w tym kierunku są już zaawansowane. Prześwietlenie protonami jest bardzo dobrym przykładem niespodziewanego zastosowania praktycznego wyników badań z dziedziny pozornie całkowicie poświęconej zagadnieniom czysto poznawczym, dziedziny, jaka jest fizyka cząstek elementarnych.