| Reference | Hertz (Hz) | Terahertz (THz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 50 Hz | 5 × 10-11 THz |
| Concert pitch A above middle C | 440 Hz | 4.4 × 10-10 THz |
| An FM radio station | 100000000 Hz | 0.0001 THz |
| A Wi-Fi band | 2.4 × 109 Hz | 0.0024 THz |
| A desktop processor clock | 3 × 109 Hz | 0.003 THz |
Hertzen er SI-enheden for frekvens og svarer til én cyklus pr. sekund. Symbolet er Hz. Det er en afledt enhed, hvis dimension ganske enkelt er et divideret med tid, så en størrelse i hertz tæller, hvor mange gange noget gentages på et sekund.
Den er opkaldt efter Heinrich Hertz, der mellem 1886 og 1889 frembragte og påviste radiobølger i laboratoriet og dermed bekræftede Maxwells forudsigelse om, at lys og elektromagnetiske bølger er samme fænomen. Enheden blev antaget internationalt i 1960 og afløste det ældre og mere bogstavelige perioder pr. sekund, som stadig ses en gang imellem på gammelt udstyr.
Lyden optager skalaens nederste del. Menneskets hørelse går fra omkring 20 hertz til 20 000 hertz, selv om den øvre grænse falder med alderen og i midten af livet som regel ligger et godt stykke under 16 000 hertz. Musikalsk tonehøjde er frekvens: a'et over det enstregede c er ved overenskomst sat til 440 hertz, og hver oktav er en fordobling, så den samme tone en oktav højere bliver 880 hertz.
Elnettet skifter med 50 hertz i størstedelen af verden og med 60 hertz i Nordamerika samt dele af Japan og Sydamerika. Opdelingen er historisk snarere end teknisk og stammer fra konkurrerende udstyrsstandarder i slutningen af det nittende århundrede, og den forklarer, hvorfor apparater og ure, der afhænger af netfrekvensen, ikke uden videre kan flyttes mellem regioner.
Skærme og datateknik bruger den hele tiden. En skærm, der opdaterer med 60 hertz, tegnes om tres gange i sekundet, og højere takt mindsker synlig bevægelsesuskarphed. Processorers klokfrekvenser, før i megahertz og i dag i gigahertz, tæller det samme: hvor mange gange i sekundet det indre ur slår.
Enheden gælder desuden alt periodisk, der ikke er en bølge. En puls på 60 slag i minuttet er én hertz, et pendul med et sekunds periode svinger med én hertz, og frekvensen for en roterende aksel i omdrejninger pr. sekund udtrykkes på samme måde.
Én hertz svarer til én cyklus pr. sekund, 1000 millihertz eller en tusindedel kilohertz.
Terahertzen er en frekvensenhed, der svarer til tusind milliarder hertz. Symbolet er THz. Den optager kløften mellem de højeste radiofrekvenser og det laveste infrarøde lys, et område, der i størstedelen af det tyvende århundrede var så svært at frembringe eller påvise, at det blev kaldt terahertzkløften.
Vanskeligheden var praktisk og ikke teoretisk. Elektroniske oscillatorer løber tør over nogle hundrede gigahertz, fordi ladningsbærerne ikke når at svare, mens optiske kilder som lasere mister virkningsgrad under det infrarøde. Båndet derimellem havde ingen bekvem teknik på nogen af siderne og forblev i årtier den mindst udforskede del af det elektromagnetiske spektrum.
Det ændrede sig med ultrahurtige lasere og fotoledende antenner, der frembringer terahertzimpulser ved at belyse en halvleder med en laserimpuls på få femtosekunder. Terahertzspektroskopi i tidsdomænet måler i dag materialers svar over hele båndet, og teknikken er blevet et gængs redskab i materialevidenskaben.
Sikkerhedskontrol er den mest kendte anvendelse. Terahertzstråling går gennem tøj, papir, plast og keramik, men standses af metal og opsuges af vand, og dens energi pr. foton er alt for lav til at ionisere noget, så den kan afbilde skjulte genstande uden røntgenstrålingens risici. Kropsskannere i lufthavne bygger på det princip.
Molekylspektroskopien bruger båndet, fordi mange store molekyler har rotations- og vibrationstilstande her. Sprængstoffer og narkotika har karakteristiske terahertzsignaturer, og teknikken bruges i lægemiddelindustriens kvalitetskontrol til at skelne krystalformer, som andre metoder gør ens. Kunstkonservering anvender den til at se under farvelag uden at røre et lærred.
Astronomien observerer ved disse frekvenser fra høje, tørre steder eller fra kredsløb, fordi atmosfærens vanddamp opsuger terahertzstråling kraftigt. Koldt støv og molekylgas i stjernedannende områder stråler her, og derfor bygges observatorier i stor højde i Chile og ved Sydpolen.
Kommunikationsforskningen er begyndt at trænge ind i båndet. Datatakter vokser med den rådige båndbredde, og over 100 gigahertz er der langt mere plads end derunder, så laboratorier har vist trådløse forbindelser, der bærer hundreder af gigabit i sekundet ved frekvenser nær en terahertz. Hindringen er, at vanddamp stærkt opsuger disse bølger og begrænser en forbindelse til nogle hundrede meter i klar luft og til betydeligt mindre i regn. Det binder teknikken til korte spring: forbindelser mellem tagantenner, strækninger inde i et datacenter, eller den sidste strækning mellem en lygtepæl og en bygning, og ikke noget der ligner en radioudsendelse.
Én terahertz svarer til tusind milliarder hertz, 1000 gigahertz eller en bølgelængde på cirka 0,3 millimeter.