| 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 |
| Referens | 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 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.
Nanohertzen är en frekvensenhet som motsvarar en miljarddels hertz. Beteckningen är nHz. En nanohertz är en cykel per miljard sekunder, knappt trettiotvå år, så en enda svängning vid denna frekvens varar längre än de flesta yrkesliv.
Nästan ingenting använder den, och så blev den 2023 en av fysikens mest omtalade enheter. Flera samarbeten kring pulsartidtagningsnät, verksamma oberoende av varandra på fyra kontinenter, rapporterade tecken på en bakgrund av gravitationsvågor i nanohertzbandet. Signalen tycks komma från par av supermassiva svarta hål som kretsar kring varandra i mitten av sammanslagna galaxer genom hela universums historia.
Mättekniken är märklig. Millisekundpulsarer är neutronstjärnor som snurrar hundratals gånger i sekunden och sänder ut en stråle som sveper förbi jorden med en utomordentlig regelbundenhet som tävlar med atomur. En gravitationsvåg som går genom galaxen töjer och pressar rummet mellan jorden och varje pulsar och ändrar pulsernas ankomsttider med några hundra nanosekunder. Genom att bevaka dussintals pulsarer i två decennier och söka ett bestämt mönster av samvariation mellan dem påvisar astronomer vågor vars våglängder mäts i ljusår.
Vid dessa frekvenser skulle inget instrument kunna arbeta på annat sätt. En detektor måste ha en storlek jämförbar med den våglängd den söker, och en gravitationsvåg på en nanohertz har en våglängd på tiotals ljusår. Galaxen själv är apparaten, och pulsarerna är dess märken.
I övrigt framträder enheten bara i de allra långsammaste av naturens cykler. Jordaxelns precession tar omkring 26 000 år, ungefär 1,2 nanohertz. Banvariationerna i excentricitet, axellutning och precession som ger istiderna deras takt, Milankovitchcyklerna, sträcker sig från omkring 0,5 nanohertz ned till en tiondel av det.
Under nanohertzen blir själva frekvensbegreppet ansträngt, eftersom ingenting har iakttagits tillräckligt länge för att en hel cykel ska ha setts, och värdet härleds ur teorin i stället för att räknas.
En nanohertz motsvarar 0,000000001 hertz, en cykel per miljard sekunder eller 0,001 mikrohertz.