| Referens | 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 är SI-enheten för frekvens och motsvarar en cykel per sekund. Beteckningen är Hz. Det är en härledd enhet vars dimension helt enkelt är ett delat med tid, så en storhet i hertz räknar hur många gånger något upprepas på en sekund.
Den är uppkallad efter Heinrich Hertz, som mellan 1886 och 1889 alstrade och påvisade radiovågor i laboratoriet och därmed bekräftade Maxwells förutsägelse att ljus och elektromagnetiska vågor är samma företeelse. Enheten antogs internationellt 1960 och ersatte det äldre och mer bokstavliga perioder per sekund, som ännu ibland syns på gammal utrustning.
Ljudet upptar skalans nedre del. Människans hörsel sträcker sig från ungefär 20 hertz till 20 000 hertz, även om den övre gränsen sjunker med åldern och i medelåldern oftast ligger väl under 16 000 hertz. Musikalisk tonhöjd är frekvens: a:et ovanför ettstrukna c är genom överenskommelse satt till 440 hertz, och varje oktav är en fördubbling, så samma ton en oktav högre blir 880 hertz.
Elnätet växlar med 50 hertz i större delen av världen och med 60 hertz i Nordamerika samt delar av Japan och Sydamerika. Uppdelningen är historisk snarare än teknisk och härrör från konkurrerande utrustningsstandarder i slutet av artonhundratalet, och den förklarar varför apparater och ur som beror av nätfrekvensen inte utan vidare kan flyttas mellan regioner.
Skärmar och datateknik använder den ständigt. En bildskärm som uppdaterar med 60 hertz ritas om sextio gånger i sekunden, och högre takt minskar synlig rörelseoskärpa. Processorers klockfrekvenser, förr i megahertz och i dag i gigahertz, räknar samma sak: hur många gånger i sekunden den inre klockan slår.
Enheten gäller dessutom allt periodiskt som inte är en våg. En puls på 60 slag i minuten är en hertz, en pendel med en sekunds period svänger med en hertz, och frekvensen hos en roterande axel i varv per sekund uttrycks likadant.
En hertz motsvarar en cykel per sekund, 1000 millihertz eller en tusendels kilohertz.
Terahertzen är en frekvensenhet som motsvarar tusen miljarder hertz. Beteckningen är THz. Den upptar gapet mellan de högsta radiofrekvenserna och det lägsta infraröda ljuset, ett område som under större delen av nittonhundratalet var så svårt att alstra eller påvisa att det kallades terahertzgapet.
Svårigheten var praktisk och inte teoretisk. Elektroniska oscillatorer tar slut ovanför några hundra gigahertz eftersom laddningsbärarna inte hinner svara, medan optiska källor som lasrar tappar verkningsgrad under det infraröda. Bandet däremellan hade ingen bekväm teknik på någondera sidan och förblev i decennier den minst utforskade delen av det elektromagnetiska spektrumet.
Det ändrades med ultrasnabba lasrar och fotoledande antenner, som alstrar terahertzpulser genom att belysa en halvledare med en laserpuls på några femtosekunder. Terahertzspektroskopi i tidsdomänen mäter i dag materialens svar över hela bandet, och tekniken har blivit ett gängse verktyg inom materialvetenskapen.
Säkerhetskontroll är den mest kända tillämpningen. Terahertzstrålning går genom kläder, papper, plast och keramik men stoppas av metall och sugs upp av vatten, och dess energi per foton är alldeles för låg för att jonisera något, så den kan avbilda dolda föremål utan röntgenstrålningens risker. Kroppsskannrar på flygplatser bygger på den principen.
Molekylspektroskopin använder bandet därför att många stora molekyler har rotations- och vibrationstillstånd här. Sprängämnen och narkotika har utmärkande terahertzsignaturer, och tekniken används i läkemedelsindustrins kvalitetskontroll för att skilja kristallformer som andra metoder gör identiska. Konstkonservering tillämpar den för att se under färgskikt utan att röra en duk.
Astronomin observerar vid dessa frekvenser från höga, torra platser eller från omloppsbana, eftersom atmosfärens vattenånga suger upp terahertzstrålning kraftigt. Kallt stoft och molekylgas i stjärnbildningsområden strålar här, och därför byggs observatorier på hög höjd i Chile och vid sydpolen.
Kommunikationsforskningen har börjat tränga in i bandet. Datatakter växer med tillgänglig bandbredd, och ovanför 100 gigahertz finns långt mer utrymme än därunder, så laboratorier har visat trådlösa länkar som bär hundratals gigabit i sekunden vid frekvenser nära en terahertz. Hindret är att vattenånga starkt suger upp dessa vågor och begränsar en länk till några hundra meter i klar luft och till betydligt mindre i regn. Det binder tekniken vid korta språng: förbindelser mellan takantenner, länkar inne i ett datacenter, eller sista sträckan mellan en lyktstolpe och en byggnad, och inte något som liknar en rundradiosändning.
En terahertz motsvarar tusen miljarder hertz, 1000 gigahertz eller en våglängd på ungefär 0,3 millimeter.