| Terahertz (THz) | Nanohertz (nHz) |
|---|---|
| 1 Terahertz | 1 × 1021 nHz |
| 2 Terahertz | 2 × 1021 nHz |
| 3 Terahertz | 3 × 1021 nHz |
| 4 Terahertz | 4 × 1021 nHz |
| 5 Terahertz | 5 × 1021 nHz |
| 10 Terahertz | 1 × 1022 nHz |
| 20 Terahertz | 2 × 1022 nHz |
| 25 Terahertz | 2.5 × 1022 nHz |
| 50 Terahertz | 5 × 1022 nHz |
| 100 Terahertz | 1 × 1023 nHz |
| Reference | Terahertz (THz) | Nanohertz (nHz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 5 × 10-11 THz | 5 × 1010 nHz |
| Concert pitch A above middle C | 4.4 × 10-10 THz | 4.4 × 1011 nHz |
| An FM radio station | 0.0001 THz | 1 × 1017 nHz |
| A Wi-Fi band | 0.0024 THz | 2.4 × 1018 nHz |
| A desktop processor clock | 0.003 THz | 3 × 1018 nHz |
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.
Nanohertzen er en frekvensenhed, der svarer til en milliarddel hertz. Symbolet er nHz. Én nanohertz er én cyklus pr. milliard sekunder, knap toogtredive år, så en enkelt svingning ved denne frekvens varer længere end de fleste arbejdsliv.
Næsten intet bruger den, og så blev den i 2023 en af fysikkens mest omtalte enheder. Flere samarbejder om pulsartidtagningsnet, der arbejdede uafhængigt på fire kontinenter, rapporterede tegn på en baggrund af gravitationsbølger i nanohertzbåndet. Signalet synes at komme fra par af supermassive sorte huller, der kredser om hinanden i midten af sammensmeltede galakser gennem hele universets historie.
Måleteknikken er bemærkelsesværdig. Millisekundpulsarer er neutronstjerner, der drejer hundredvis af gange i sekundet og udsender en stråle, som stryger forbi Jorden med en overordentlig regelmæssighed, der måler sig med atomure. En gravitationsbølge, der går gennem galaksen, strækker og presser rummet mellem Jorden og hver pulsar og ændrer pulsernes ankomsttider med et par hundrede nanosekunder. Ved at overvåge snesevis af pulsarer i to årtier og lede efter et bestemt mønster af samvariation mellem dem påviser astronomer bølger, hvis bølgelængder måles i lysår.
Ved disse frekvenser ville intet instrument kunne arbejde på anden måde. En detektor skal have en størrelse, der kan sammenlignes med den bølgelængde, den søger, og en gravitationsbølge på én nanohertz har en bølgelængde på snesevis af lysår. Galaksen selv er apparatet, og pulsarerne er dens mærker.
Ellers optræder enheden kun i de allerlangsomste af naturens cyklusser. Jordaksens præcession tager omkring 26 000 år, cirka 1,2 nanohertz. Banevariationerne i excentricitet, aksehældning og præcession, der giver istiderne deres takt, Milankovitch-cyklusserne, spænder fra omkring 0,5 nanohertz ned til en tiendedel af det.
Under nanohertzen bliver selve frekvensbegrebet trangt, eftersom intet er iagttaget længe nok til, at en hel cyklus er set, og værdien udledes af teorien i stedet for at blive talt.
Én nanohertz svarer til 0,000000001 hertz, én cyklus pr. milliard sekunder eller 0,001 mikrohertz.