Conversione da 50 Nanohertz a Terahertz

Informazioni sul Nanohertz (nHz)

Il nanohertz è un’unità di frequenza pari a un miliardesimo di hertz. Il suo simbolo è nHz. Un nanohertz è un ciclo ogni miliardo di secondi, poco meno di trentadue anni, sicché una sola oscillazione a questa frequenza dura più della maggior parte delle carriere.

Quasi nulla la usa, e poi nel 2023 è divenuta una delle unità più discusse della fisica. Diverse collaborazioni di reti di cronometraggio di pulsar, al lavoro in modo indipendente su quattro continenti, hanno riferito indizi di un fondo di onde gravitazionali nella banda dei nanohertz. Il segnale sembra provenire da coppie di buchi neri supermassicci che si orbitano a vicenda nei centri di galassie fuse lungo l’intera storia dell’universo.

La tecnica di misura è notevole. Le pulsar al millisecondo sono stelle di neutroni che ruotano centinaia di volte al secondo ed emettono un fascio che spazza la Terra con regolarità straordinaria, rivaleggiando con gli orologi atomici. Un’onda gravitazionale che attraversa la galassia stira e comprime lo spazio fra la Terra e ciascuna pulsar, spostando i tempi di arrivo degli impulsi di qualche centinaio di nanosecondi. Osservando decine di pulsar per due decenni e cercando uno specifico schema di correlazione fra esse, gli astronomi rivelano onde le cui lunghezze si misurano in anni luce.

A queste frequenze nessuno strumento potrebbe funzionare altrimenti. Un rivelatore deve avere dimensioni paragonabili alla lunghezza d’onda cercata, e un’onda gravitazionale da un nanohertz ha una lunghezza di decine di anni luce. La galassia stessa è l’apparato, e le pulsar ne sono i riferimenti.

Altrove l’unità compare solo nei più lenti dei cicli naturali. La precessione dell’asse terrestre impiega circa 26 000 anni, all’incirca 1,2 nanohertz. Le variazioni orbitali di eccentricità, obliquità e precessione che scandiscono le glaciazioni, i cicli di Milankovitch, vanno da circa 0,5 nanohertz fino a un decimo di quel valore.

Sotto il nanohertz il concetto stesso di frequenza si fa angusto, perché nulla è stato osservato abbastanza a lungo da vedere un ciclo intero, e il valore si deduce dalla teoria anziché essere contato.

Un nanohertz equivale a 0,000000001 hertz, a un ciclo ogni miliardo di secondi o a 0,001 microhertz.

Informazioni sul Terahertz (THz)

Il terahertz è un’unità di frequenza pari a mille miliardi di hertz. Il suo simbolo è THz. Occupa il varco fra le frequenze radio più alte e la luce infrarossa più bassa, una regione che per gran parte del Novecento fu tanto difficile da generare o rivelare da essere chiamata il divario dei terahertz.

La difficoltà era pratica e non teorica. Gli oscillatori elettronici perdono fiato oltre qualche centinaio di gigahertz perché i portatori di carica non rispondono abbastanza in fretta, mentre le sorgenti ottiche come i laser perdono rendimento al di sotto dell’infrarosso. La banda intermedia non aveva tecnologia comoda da nessuno dei due lati, e restò per decenni la porzione meno esplorata dello spettro elettromagnetico.

Ciò è cambiato con i laser ultrarapidi e le antenne fotoconduttive, che generano impulsi terahertz illuminando un semiconduttore con un impulso laser di pochi femtosecondi. La spettroscopia terahertz nel dominio del tempo misura oggi la risposta dei materiali su tutta la banda, e la tecnica è divenuta uno strumento corrente della scienza dei materiali.

Il controllo di sicurezza è l’applicazione più nota. La radiazione terahertz attraversa abiti, carta, plastica e ceramiche ma è fermata dal metallo e assorbita dall’acqua, e la sua energia per fotone è troppo bassa per ionizzare alcunché, sicché può formare immagini di oggetti nascosti senza i rischi dei raggi X. Gli scanner corporei degli aeroporti funzionano su questo principio.

La spettroscopia molecolare usa la banda perché molte molecole grandi vi possiedono modi di rotazione e vibrazione. Esplosivi e stupefacenti mostrano firme terahertz caratteristiche, e la tecnica serve al controllo di qualità farmaceutico per distinguere forme cristalline che altri metodi rendono identiche. Il restauro d’arte la applica per vedere sotto gli strati di colore senza toccare una tela.

L’astronomia osserva a queste frequenze da siti alti e secchi oppure dall’orbita, perché il vapore acqueo atmosferico assorbe fortemente la radiazione terahertz. La polvere fredda e il gas molecolare delle regioni di formazione stellare irradiano qui, ed è per questo che gli osservatori si costruiscono ad alta quota in Cile e al polo sud.

La ricerca nelle comunicazioni ha cominciato a entrare nella banda. Le velocità di trasmissione crescono con la larghezza di banda disponibile, e sopra i 100 gigahertz vi è assai più spazio che sotto, sicché i laboratori hanno dimostrato collegamenti senza fili capaci di centinaia di gigabit al secondo a frequenze prossime al terahertz. L’ostacolo è che il vapore acqueo assorbe fortemente queste onde, limitando un collegamento a poche centinaia di metri con aria limpida e a assai meno sotto la pioggia. Ciò confina la tecnica a salti brevi: collegamenti fra antenne sui tetti, tratte dentro un centro dati, o l’ultimo tratto fra un lampione e un edificio, e non qualcosa che somigli a una radiodiffusione.

Un terahertz equivale a mille miliardi di hertz, a 1000 gigahertz o a una lunghezza d’onda di circa 0,3 millimetri.