| 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 |
| Referentie | 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 |
De terahertz is een frequentie-eenheid gelijk aan duizend miljard hertz. Het symbool is THz. Zij beslaat de kloof tussen de hoogste radiofrequenties en het laagste infrarode licht, een gebied dat het grootste deel van de twintigste eeuw zo moeilijk op te wekken of aan te tonen was dat het de terahertzkloof werd genoemd.
De moeilijkheid was praktisch en niet theoretisch. Elektronische oscillatoren raken boven enkele honderden gigahertz uitgeput omdat de ladingdragers niet snel genoeg reageren, terwijl optische bronnen zoals lasers onder het infrarood aan rendement verliezen. De band ertussen had aan geen van beide zijden een handige techniek en bleef decennialang het minst verkende deel van het elektromagnetisch spectrum.
Dat veranderde met ultrasnelle lasers en fotogeleidende antennes, die terahertzpulsen opwekken door een halfgeleider te belichten met een laserpuls van enkele femtoseconden. Terahertzspectroscopie in het tijdsdomein meet nu de respons van materialen over de hele band, en de techniek is een gangbaar gereedschap in de materiaalkunde geworden.
Veiligheidscontrole is de bekendste toepassing. Terahertzstraling gaat door kleding, papier, kunststof en keramiek maar wordt door metaal tegengehouden en door water opgenomen, en haar energie per foton is veel te laag om iets te ioniseren, zodat zij verborgen voorwerpen kan afbeelden zonder de risico's van röntgenstraling. Lichaamsscanners op luchthavens werken op dit beginsel.
De molecuulspectroscopie gebruikt de band omdat veel grote moleculen hier rotatie- en trillingstoestanden bezitten. Springstoffen en drugs vertonen kenmerkende terahertzsignaturen, en de techniek dient in de farmaceutische kwaliteitscontrole om kristalvormen te onderscheiden die andere methoden identiek maken. Kunstconservering past haar toe om onder verflagen te kijken zonder een doek aan te raken.
De sterrenkunde neemt bij deze frequenties waar vanaf hoge, droge plaatsen of vanuit een baan, omdat waterdamp in de atmosfeer terahertzstraling sterk opneemt. Koud stof en moleculair gas in stervormingsgebieden stralen hier, en daarom worden sterrenwachten op grote hoogte in Chili en op de zuidpool gebouwd.
Het communicatieonderzoek is de band beginnen binnen te dringen. Gegevenssnelheden groeien met de beschikbare bandbreedte, en boven 100 gigahertz is veel meer plaats dan eronder, dus laboratoria hebben draadloze verbindingen getoond die bij frequenties nabij één terahertz honderden gigabits per seconde dragen. Het beletsel is dat waterdamp deze golven sterk opslorpt, wat een verbinding bij heldere lucht tot enkele honderden meters beperkt en bij regen tot veel minder. Dat bindt de techniek aan korte sprongen: verbindingen tussen dakantennes, trajecten binnen een datacentrum, of het laatste stuk tussen een lantaarnpaal en een gebouw, en niets wat op een omroepuitzending lijkt.
Eén terahertz is gelijk aan duizend miljard hertz, 1000 gigahertz of een golflengte van ongeveer 0,3 millimeter.
De nanohertz is een frequentie-eenheid gelijk aan een miljardste hertz. Het symbool is nHz. Eén nanohertz is één cyclus per miljard seconden, iets minder dan tweeëndertig jaar, zodat één enkele trilling bij deze frequentie langer duurt dan de meeste loopbanen.
Vrijwel niets gebruikt haar, en toen werd zij in 2023 een van de meest besproken eenheden van de natuurkunde. Verscheidene samenwerkingsverbanden rond pulsartijdmeetnetten, onafhankelijk werkzaam op vier werelddelen, meldden aanwijzingen voor een achtergrond van zwaartekrachtsgolven in de nanohertzband. Het signaal lijkt te komen van paren superzware zwarte gaten die elkaar omcirkelen in de kernen van samengesmolten sterrenstelsels, over de hele geschiedenis van het heelal.
De meettechniek is opmerkelijk. Milliseconde-pulsars zijn neutronensterren die honderden keren per seconde ronddraaien en een bundel uitzenden die met buitengewone regelmaat langs de aarde strijkt en het met atoomklokken kan opnemen. Een zwaartekrachtsgolf die door het stelsel trekt rekt en perst de ruimte tussen de aarde en elke pulsar, en verschuift de aankomsttijden van de pulsen met enkele honderden nanoseconden. Door tientallen pulsars twee decennia lang te volgen en te zoeken naar een bepaald patroon van samenhang ertussen, sporen sterrenkundigen golven op waarvan de golflengten in lichtjaren worden gemeten.
Bij deze frequenties zou geen enkel instrument anders kunnen werken. Een detector moet in omvang vergelijkbaar zijn met de golflengte die hij zoekt, en een zwaartekrachtsgolf van één nanohertz heeft een golflengte van tientallen lichtjaren. Het sterrenstelsel zelf is het apparaat, en de pulsars zijn zijn merktekens.
Elders komt de eenheid alleen voor in de allertraagste natuurlijke cycli. De precessie van de aardas duurt ongeveer 26 000 jaar, ruwweg 1,2 nanohertz. De baanvariaties in excentriciteit, scheefstand en precessie die de ijstijden hun tempo geven, de Milankovitch-cycli, lopen van ongeveer 0,5 nanohertz tot een tiende daarvan.
Onder de nanohertz raakt het begrip frequentie zelf in het nauw, want niets is lang genoeg waargenomen om een volledige cyclus te zien, en de waarde wordt uit de theorie afgeleid in plaats van geteld.
Eén nanohertz is gelijk aan 0,000000001 hertz, één cyclus per miljard seconden of 0,001 microhertz.