Nel mondo non filtrato non ci sono segreti. Un muro o un mantello bloccano la visione di ciò che c'è dietro solo a causa delle limitazioni della visione, sia dell'occhio umano che di un dispositivo meccanico progettato apposta per imitare i parametri di un occhio. Se in qualche modo gli umani potessero vedere le onde luminose a tutte le frequenze (e riuscissero a comprenderle), potremmo vedere ogni cosa.
Abbiamo sviluppato un'impressionante numero di strumenti con cui è diventato possibile vedere il mondo a diverse frequenze luminose, che siano i raggi X usati nelle radiografie o gli scanner a onde millimetriche (che vedono attraverso gli indumenti) usati in molti aeroporti. Gli umani si sono evoluti fino a vedere una certa gamma di lunghezze d'onda per degli ottimi motivi—è qui che possiamo trovare la maggior parte delle informazioni utili riguardo il nostro mondo fisico e terrestre—ma la tecnologia ci ha dato l'accesso a molto altro.
Per quanto impressionante e inquietante possa sembrare, uno scanner a onde millimetriche non fa altro che arrivare appena sotto la superficie. Al di sotto di queste frequenze estremamente alte c'è un altro regno: quello delle radiazioni terahertz. Conosciute anche come onde submillimetriche o raggi T, potrebbero svelarci il mondo invisibile andando ancora più a fondo, attraverso la pelle, la plastica, il cartone e altri materiali opachi. Arrivare fino a queste onde è stato finora impossibile in senso ingegneristico, ma un team di ricercatori della University of Maryland sostengono di aver risolto uno dei principali problemi della rilevazione delle onde terahertz: la temperatura.
Le ricerche del team di scienziati sono descritte su Nature Photonics. Il problema, nello specifico, è che i rilevatori i raggi T dovevano essere tenuti a temperature bassissime (che arrivano fino ai -268°) perché funzionassero. Ovviamente questo limite ha reso molto poco pratico questo tipo di tecnologia nella sua forma odierna, esiste infatti quello che viene chiamato "terahertz gap", un'aera dello spettro elettromagnetico tra le microonde e le onde luminose a infrarossi che, quasi per intero, è fuori dalla portata delle nostre possibilità tecnologiche. I raggi T sono di solito misurati per procura, non direttamente.
Le radiazioni terahertz sono non-ionizzate—cioè quando un atomo viene bombardato dai raggi T, la sua reazione non è di liberarsi di un elettrone energizzato, come succede nell'effetto fotovoltaico (che riguarda l'energia solare), ma mantiene questo elettrone "eccitato" all'interno della sua orbita. Senza nessun posto dove andare, questi elettroni sempre più carichi possono generare grandi quantità di calore e di radiazioni nocive.
Questa caratteristica di essere non-ionizzato è comune a molte delle onde elettromagnetiche con cui interagiamo, tra cui la luce visibile. Ma è solo agli alti livelli di energia delle onde terahertz o delle microonde che questa caratteristica diventa distruttiva. Questo è l'ostacolo fondamentale per l'uso dei raggi T per le applicazioni di imaging: per risolvere il problema i ricercatori sono ricorsi all'utilizzo del grafene, il materiale delle meraviglie costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio.
Il grafene si comporta in modo bizzarro quando viene usato assieme a un rilevatore di raggi T. Quando queste onde (particelle) ad alta frequenza vengono assorbite dagli elettroni su un traliccio di grafene, invece di riscaldare il traliccio, gli elettroni energizzati si rifiutano di rilasciare l'energia che hanno acquisito. "La luce viene assorbita dagli elettroni nel grafene che si scaldano ma non lasciano andare facilmente la propria energia. Quindi gli atomi rimangono caldi mentre il traliccio di atomi di carbonio rimane freddo," ha affermato Dennis Drew, professore di fisica all'UMD.
A un certo punto questi elettroni sempre più carichi decidono di "scappare" dalle proprie dimore atomiche. Di solito, se esposti ai raggi T, gli elettroni in un materiale acquistano energia abbastanza lentamente da essere in grado di rilasciare l'eccesso attraverso fotoni (che sono le particelle portatrici di forza degli elettroni), ma sono in grado di tenerla da parte fino a quando non ne hanno abbastanza per riuscire a scappare del tutto. Questo viene chiamato "effetto fototermoelettrico dell'elettrone caldo" [ hot-electron photothermoelectriceffect – non ho trovato su Internet la definizione in italiano]. Questi "elettroni in fuga" si raccolgono poi nella forma di corrente elettrica.
La corrente che parte dal materiale di grafene produce un segnale che può essere interpretato in immagini. "L'imaging a terahertz potrebbe rivelare delle interessanti caratteristiche di molti materiali con distinte proprietà di assorbimento e di dispersione in questa gamma dello spettro, che corrisponde a vibrazioni biomolecolari," spiega uno studio del 2010 dei ricercatori del CERN. "È stato dimostrato che sarebbe possibile una visione a tutto campo e in tempo reale della distribuzione di specifiche proteine o di acqua in tessuti, o strati di metallo che si trovano all'interno di semiconduttori,"
I raggi T possono vedere praticamente attraverso ogni cosa, ma quel tanto che basta per raggiungere lo strato desiderato. Non penetrano tanto quanto le microonde, ad esempio.E sono generalmente meno distruttivi nei confronti del tessuto biologico rispetto ai raggi X. Con la vecchia e cara canapa pronta per diventare un economico sostituto del grafene, il meraviglioso futuro dei terahertz potrebbe non essere così lontano.