Zkrocení Terahertzů

Stejně jako se v 90. letech 19. století objevila rentgenová technologie – umožňující lékařům nahlédnout pod maso, aby viděli kosti a orgány – z nedostatečně využívané části elektromagnetického spektra se nyní objevuje další slibná zobrazovací technologie: terahertzové frekvence. Tyto takzvané t-paprsky dokážou stejně jako rentgenové paprsky prohlížet většinu materiálů. Předpokládá se však, že t-paprsky jsou méně škodlivé než rentgenové. A různé sloučeniny reagují na terahertzové záření odlišně, což znamená, že zobrazovací systém založený na terahertzu dokáže rozpoznat chemické složení skrytého objektu. Díky této síle se terahertzové zobrazování stále více zahřívá, říká Xi-Cheng Zhang, průkopník terahertzů z Rensselaer Polytechnic Institute. Potenciální aplikace sahají od detekce nádorů po hledání plastických výbušnin. A protože t-paprsky pronikají papírem a oblečením, terahertzová kamera dokáže detekovat skryté zbraně.

Terahertzové frekvence se obtížně vyrábějí a detekují. Jsou vyšší než mikrovlny, ale nižší než infračervené světlo. Nikdy si nejste jisti, zda použít technologii založenou na elektronice nebo optice, říká Martyn Chamberlain z University of Leeds v Anglii, přední terahertzový výzkumník. Terahertzové zdroje, které jsou nyní na trhu, mají tendenci vydávat mnoho frekvencí najednou, což omezuje jejich užitečnost. V minulém roce však několik výzkumných projektů dosáhlo značného pokroku ve vývoji zařízení, která produkují t-paprsky v úzkém frekvenčním pásmu – požadavek na přesné chemické snímání a lékařské zobrazování.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z června 2003

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Jeden takový systém, vyrobený Brattleboro, Vermont Photonics se sídlem na VT, funguje tak, že vysílá elektronový paprsek přes mikroskopicky zvlněný povrch vodiče, jako je hliník; paprsek způsobuje, že se elektrony ve vodiči pohybují nahoru a dolů po vlnění, což je pohyb, který otřásá uvolněnými t-paprsky. Změna energie elektronového paprsku také mění generovanou terahertzovou frekvenci, říká spoluzakladatel Vermont Photonics Michael Mross. Společnost zaměřuje svůj nástroj především na pozorování interakcí zahrnujících biomolekuly pro aplikace, jako je například objevování léků. Dalším přístupem je něco, co se nazývá kvantový kaskádový laser, úhledný kousek polovodičového inženýrství používaného k produkci infračerveného světla. Přesun technologie do terahertzového rozsahu vyžaduje dokonale přesnou kontrolu nad materiály. V loňském roce Qin Hu, elektrotechnik MIT, předvedl kvantový kaskádový laser, který vytváří spojitý terahertzový paprsek na dobře definované frekvenci.

Dutina se jasně ukazuje jako růžová oblast na terahertzovém snímku zubu (vpravo). (Obrázek s laskavým svolením Teraview)

Nejbližší aplikace terahertzové technologie je v lékařském zobrazování. V jednom ambiciózním úsilí TeraView, startup se sídlem v Cambridge v Anglii, použil terahertzové zobrazování k detekci rakoviny kůže, která se vymyká jiným zobrazovacím technologiím – zejména nádorů, které se tvoří neviditelně pod povrchem kůže. T-paprsky by také mohly identifikovat neznámé biologické materiály, protože biomolekuly přirozeně vibrují na terahertzových frekvencích a každá má zřetelný terahertzový otisk prstu. Jinými slovy, specifické proteiny absorbují určité charakteristické frekvence t-paprsků, které mění jejich molekulární uspořádání nebo konformaci; senzory pak mohou monitorovat tuto absorpci, aby indikovaly identitu proteinu. Život je terahertzový proces, říká Chamberlain. Jednou z potenciálních aplikací je automatizovaná identifikace biologických bojových látek, jako je antrax. Dalším je t-ray chemický senzor, který by využíval toho, že na terahertzové vlny reagují charakteristickým způsobem i jiné velké molekuly, například polymery. Terahertzová kamera postavená společností QinetiQ z Farnborough v Anglii pořizuje děsivě invazivní snímky lidí prostřednictvím jejich oblečení.

Ale interakce t-paprsků s proteiny vyvolává otázku, jak bezpečná je expozice člověka. Evropská unie sponzoruje program nazvaný Terahertzův most, který právě toto zkoumá. Předběžné výsledky byly povzbudivé; výzkumníci neviděli žádné důkazy o nevratném poškození tkáně podobné rentgenovému záření dávkami t-paprsků, které by byly použity pro tělesné zobrazování. Zatím je to bezpečné, říká Gian Piero Gallerano, koordinátor mostu Terahertz.

Zatímco vědci produkují t-paprsky přes zkroucení, příroda to má mnohem jednodušší. Terahertzové záření se od svého vzniku ve Velkém třesku nadále šíří vesmírem. Říká Chamberlain, Vesmír je plný těchto věcí. Netrvalo dlouho a lidé jej mohou začít prakticky využívat.

skrýt