Het lukt om intense terahertzstraling te maken, geleiden en focusseren. Intussen laten Amerikaanse onderzoekers zien dat de straling wellicht niet zo onschadelijk is als deze lijkt.

Terahertzstraling, met een golflengte tussen die van infrarood- en microgolfstraling, is veelbelovend. De straling verraadt de samenstelling van een object. Dit kan de inhoud van een verdacht pakketje zijn, maar ook de eiwitsamenstelling van een verdachte moedervlek. Dergelijke toepassingen vergen echter een sterke bron van terahertzstraling die zich laat geleiden naar en focusseren op een object.

Onderzoekers van de faculteit Technische Natuurkunde van de TU Eindhoven slagen hierin. Ze laten een wolkje met zo’n miljard elektronen botsen op aluminium. Zodra de elektronen in het metaal verdwijnen, verdwijnt ook hun elektrische veld. De vrijkomende energie verandert in terahertzstraling. De elektronenwolkjes moeten kleiner dan één millimeter zijn (de golflengte van de straling). Elektronen zo dicht op elkaar proppen is een probleem omdat ze elkaar afstoten. Promovendus Willen op ‘t Root lost dit op door de elektronen te versnellen tot 99 procent van de lichtsnelheid. Volgens Einsteins speciale relativiteitstheorie compenseert de aantrekkende magnetische kracht dan bijna de afstotende elektrische kracht.

Deze aanpak resulteert in een breed uitwaaierende puls met de duur van één golflengte, ongeveer één picoseconde lang. Op ‘t Roots promotiebegeleider, Jom Luiten: ‘De puls beslaat de hele bandbreedte van nul tot één terahertz. Uit het spectrum van één puls kunnen we de moleculaire samenstelling van een object vastellen.

Het meest bijzondere van het onderzoek is dat het Op ‘t Root lukte om de puls te geleiden en te focusseren. Luiten: ‘We laten de fotonen langs een metalen draad lopen analoog aan de manier waarop licht door een glasvezels loopt. De draad eindigt in een punt. Dit maakt het focusseren mogelijk op een willekeurig oppervlak, veel kleiner dan een millimeter. De intensiteit van de straling is nu duizend keer hoger dan gebruikelijk.’

Terahertzstraling is ongevaarlijk voor de mens. De fotonen bevatten onvoldoende energie om chemische bindingen te breken of atomen te ioniseren. Toch laten studies naar genetische schade tegenstrijdige resultaten zien. Boian Alexandrov van het Amerikaanse Los Alamos National Laboratory ontdekte waarom. Door resonantie-effecten van de straling in het DNA-molecuul, kan het de dubbele helixstructuur van het DNA ontrafelen. Dit hindert eiwitten die het DNA aflezen en vermenigvuldigen. Om dit effect te laten optreden is echter een langdurige blootstelling aan intense terahertzstraling nodig.

Terahertzstraling onthult het mes verborgen in de krant (beeld: QinetiQ 100 GHz Millimetre Wave)