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Si chiama “Terahertz Radiation”, è rappresenta l’ultima frontiera ancora inesplorata dello spettro elettromagnetico. L’impossibilità di disporre di sorgenti sufficientemente intense per questo intervallo di lunghezze d’onda ha impedito, infatti, lo sviluppo di qualsiasi applicazione in quello che gli specialisti chiamano il “Terahertz gap”. Una situazione che oggi appare in rapida evoluzione grazie allo sforzo congiunto di laboratori di ricerca di ogni parte del mondo e che vede ancora una volta gli scienziati italiani in primo piano.
Proprio all’inizio di Giugno, la Royal Society ha organizzato un incontro tra i principali esperti in questo nuovo settore della scienza diagnostica. Nell’occasione sono state prese in esame le applicazioni pratiche più promettenti per le frequenze nel Terahertz. Stando a risultati ottenuti con i primi prototipi, in breve tempo potranno essere sviluppati strumenti diagnostici molto efficaci nella lotta contro il terrorismo internazionale, grazie alla capacità di rilevare qualsiasi tipo di sostanza esplosiva e persino agenti chimici o biologici; ma queste nuove tecnologie sembrano destinate a rivoluzionare anche importanti settori della medicina e della scienza dei materiali. Le radiazioni nei Terahertz sembrano particolarmente interessanti ad esempio, per prevenire le carie dentali o per evidenziare rapidamente l’insorgere di tessuti neoplastici ed in special modo quelli che colpiscono la pelle e gli organi più esterni. Applicazioni specifiche in cui le tecnologie diagnostiche convenzionali che impiegano radiazione X o ultrasuoni, sono ben lontane da garantire risultati pienamente soddisfacenti.
Quando si parla di Terahertz si indica un intervallo di frequenza in cui il campo elettromagnetico oscilla con un milione di milioni di cicli al secondo. Una regione che ha come limite inferiore le microonde, le radiazioni che sono utilizzate ad esempio nella telefonia mobile o nelle comunicazioni con i satelliti, e come estremo superiore il lontano infrarosso, una frequenza che a sua volta trova applicazioni pratiche in numerosi dispositivi che realizzano funzioni di controllo a distanza, primi fra tutti i telecomandi delle televisioni.
Collocandosi a cavallo tra le microonde e l’infrarosso, la Terahertz gap ha quindi delle caratteristiche applicative estremamente interessanti. Il problema principale per una loro reale applicazione è rappresentato dal fatto che le sorgenti convenzionali a microonde sono troppo lente per generare questo tipo di radiazione, mentre i diodi laser per l’infrarosso, non possono essere utilizzati a causa delle loro elevato rumore termico, una caratteristica legata alle proprietà fisiche di questi dispositivi. Questa situazione ha iniziato a mutare solo negli ultimi anni grazie allo sviluppo di nuove tecnologie e alle conoscenze acquisite nella scienza dei materiali. Circa un anno fa, infatti, un gruppo di scienziati del centro NEST (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology) presso la Scuola Normale Superiore di Pisa ha realizzato il primo laser capace di emettere radiazione nella regione di frequenza dei Terahertz.
Un settore tecnologico dunque che appare in rapida evoluzione e dove gran parte del lavoro viene svolto ancora nelle università e nei centri di ricerca, anche se già si annoverano i primi tentativi di commercializzazione di strumenti diagnostici in grado di realizzare immagini nei Terahertz. A capo di quella che potrebbe divenire un’autentica rivoluzione dell’industria medica troviamo TeraView, la prima società che ha avuto il coraggio di trasferire queste nuove tecnologie fuori dai laboratori in prototipi applicativi funzionanti. Grazie alla Terahertz Pulsed Imaging (TPI), un brevetto depositato dall’impresa britannica, è possibile visualizzare, ricostruendole in 3D, le strutture interne di oggetti che comprendono materiali inorganici, come le plastiche o i substrati utilizzati nell’industria elettronica, e nel caso di applicazioni medicali, dei tessuti che formano i nostri organi. In pratica questi sistemi funzionano in un modo che ricorda molto da vicino i più convenzionali Radar. Un impulso nei Terahertz è inviato verso il bersaglio e subito dopo un sistema a scansione analizza come la radiazione viene riflessa dalle diverse strutture racchiuse all’interno dell’oggetto. Per discriminare in maniera ancora più efficace le caratteristiche chimiche e fisiche del campione è possibile analizzare anche la radiazione che emerge dopo averlo attraversato.
Molti dei materiali più comuni, come ad esempio i tessuti organici, le plastiche, le stoffe dei nostri abiti, sono semi trasparenti ai Terahertz e per questo lo sviluppo di queste nuove tecnologie risulta così interessante. Un ulteriore vantaggio che presentano questi nuovi strumenti diagnostici, soprattutto per le applicazioni in campo medico, è legata alla natura stessa del tipo di radiazione elettromagnetica utilizzata. La radiazione nei Terahertz non ha energia sufficiente per ionizzare le molecole bersaglio, al contrario di quanto avviene ad esempio per la radiazione X.