Conversión de Nanohercios a Terahercios

Información sobre el Nanohercio (nHz)

El nanohercio es una unidad de frecuencia igual a una milmillonésima de hercio. Su símbolo es nHz. Un nanohercio es un ciclo cada mil millones de segundos, poco menos de treinta y dos años, de modo que una sola oscilación a esta frecuencia dura más que la mayoría de las carreras profesionales.

Casi nada la usa, y entonces, en 2023, se convirtió en una de las unidades más comentadas de la física. Varias colaboraciones de matrices de temporización de púlsares, trabajando de forma independiente en cuatro continentes, informaron de indicios de un fondo de ondas gravitacionales en la banda de los nanohercios. La señal parece proceder de parejas de agujeros negros supermasivos que se orbitan mutuamente en los centros de galaxias fusionadas a lo largo de toda la historia del universo.

La técnica de medida es notable. Los púlsares de milisegundo son estrellas de neutrones que giran cientos de veces por segundo y emiten un haz que barre la Tierra con una regularidad extraordinaria, comparable a la de los relojes atómicos. Una onda gravitacional que atraviesa la galaxia estira y comprime el espacio entre la Tierra y cada púlsar, y cambia los tiempos de llegada de los pulsos en unos cientos de nanosegundos. Observando decenas de púlsares durante dos décadas y buscando un patrón concreto de correlación entre ellos, los astrónomos detectan ondas cuyas longitudes se miden en años luz.

Ningún instrumento podría funcionar de otro modo a estas frecuencias. Un detector debe tener un tamaño comparable a la longitud de onda que busca, y una onda gravitacional de un nanohercio tiene una longitud de decenas de años luz. La galaxia misma es el aparato, y los púlsares son sus marcas.

La unidad aparece en otros lugares solo en los ciclos naturales más lentos. La precesión del eje terrestre tarda unos 26 000 años, aproximadamente 1,2 nanohercios. Las variaciones orbitales de excentricidad, oblicuidad y precesión que marcan el ritmo de las glaciaciones, los ciclos de Milankovitch, van desde unos 0,5 nanohercios hasta la décima parte de eso.

Por debajo del nanohercio el concepto de frecuencia se vuelve forzado, porque nada se ha observado el tiempo suficiente para ver un ciclo completo, y el valor se deduce de la teoría en lugar de contarse.

Un nanohercio equivale a 0,000000001 hercios, a un ciclo cada mil millones de segundos o a 0,001 microhercios.

Información sobre el Terahercio (THz)

El terahercio es una unidad de frecuencia igual a un billón de hercios. Su símbolo es THz. Ocupa el hueco entre las frecuencias de radio más altas y la luz infrarroja más baja, una región que durante casi todo el siglo XX fue tan difícil de generar o detectar que se la conoció como la brecha de los terahercios.

La dificultad era práctica y no teórica. Los osciladores electrónicos se quedan sin velocidad por encima de unos pocos cientos de gigahercios porque los portadores de carga no responden con la rapidez necesaria, mientras que las fuentes ópticas como el láser pierden eficiencia por debajo del infrarrojo. La banda intermedia no contaba con tecnología cómoda por ninguno de los dos lados, y durante décadas fue la parte menos explorada del espectro electromagnético.

Eso cambió con los láseres ultrarrápidos y las antenas fotoconductoras, que generan pulsos de terahercios iluminando un semiconductor con un pulso láser de unos pocos femtosegundos. La espectroscopia de terahercios en el dominio del tiempo mide hoy la respuesta de los materiales a lo largo de la banda, y la técnica se ha vuelto una herramienta habitual en ciencia de materiales.

El control de seguridad es la aplicación más conocida. La radiación de terahercios atraviesa la ropa, el papel, el plástico y las cerámicas, pero la detiene el metal y la absorbe el agua, y su energía por fotón es demasiado baja para ionizar nada, de modo que puede formar imágenes de objetos ocultos sin los riesgos de los rayos X. Los escáneres corporales de los aeropuertos funcionan con este principio.

La espectroscopia molecular usa la banda porque muchas moléculas grandes tienen aquí modos de rotación y vibración. Los explosivos y las drogas presentan firmas características en terahercios, y la técnica se emplea en el control de calidad farmacéutico para identificar formas cristalinas que parecen idénticas con otros métodos. La conservación del arte la aplica para ver bajo las capas de pintura sin tocar el lienzo.

La astronomía observa a estas frecuencias desde emplazamientos altos y secos o desde la órbita, porque el vapor de agua atmosférico absorbe con fuerza la radiación de terahercios. El polvo frío y el gas molecular de las regiones de formación estelar radian aquí, y por eso se construyen observatorios a gran altitud en Chile y en el polo sur.

La investigación en comunicaciones ha empezado a entrar en la banda. Las tasas de datos crecen con el ancho de banda disponible, y hay mucho más sitio por encima de 100 gigahercios que por debajo, de modo que en el laboratorio se han demostrado enlaces inalámbricos que transportan centenares de gigabits por segundo a frecuencias que se acercan al terahercio. El obstáculo es que el vapor de agua absorbe con fuerza estas ondas, limitando un enlace a unos pocos centenares de metros con aire despejado y a mucho menos bajo lluvia. Eso confina la técnica a saltos cortos: conexiones entre antenas de azotea, enlaces dentro de un centro de datos, o el último tramo entre una farola y un edificio, y no algo parecido a una radiodifusión.

Un terahercio equivale a un billón de hercios, a 1000 gigahercios o a una longitud de onda de unos 0,3 milímetros.