Gracias a un equipo español con el laboratorio ubicado en Leganés, existe un prototipo viable de emisor de Rayos T, o rayos de terahercios (THz), que pretende desbancar a los Rayos X de la tecnología biomédica, industrial y de telecomunicaciones. Este tipo de radiación no ionizante, que mantiene una frecuencia entre los infrarrojos y las microondas, se había convertido en la _Moby Dick_ del espectro electromagnético. Hoy estamos un paso más cerca de generar los rayos de terahercios a bajo coste.
Con investigaciones de multitud de equipos en todo el mundo ( Ulrich Welp, Argonne; Vitiello, M. S. et al., Nest-Pisa; Mikhail A. Belkin, Harvard…), ha sido Rubén Criado, ingeniero de Telecomunicaciones y doctor en Fotónica por la universidad Carlos III de Madrid, quien ha desarrollado junto a su equipo un emisor de terahercios. Es de mayor calidad y más "simple" (o más directo en su funcionamiento) que los existentes, combinando las tecnologías fotónica y electrónica. Pero, ¿por qué son tan importantes los Rayos T, también conocidos como _T-luz_?
Los Rayos T frente a los Rayos X
Desde el punto de vista puramente físico, los Rayos X (descubiertos por Röntgen en 1895) operan en un rango de frecuencias entre los 3·1016 Hz y los 3·1019 Hz, con longitudes de onda entre 10 y 0,01 nm. Con estos rayos, somos capaces de ver a través de distintos materiales (como el cuerpo humano) y detectar metal, pero modificando en el proceso parte de la estructura química.
Los Rayos T son no ionizantes y, gracias a ello, no dañan a nuestro organismo
Es decir, los Rayos X son un tipo de radiación ionizante, lo que significa que tienen energía suficiente como para extraer electrones de los átomos forzando a estos a buscar un equilibrio eléctrico que puede generar daños en el organismo. Alguno de los daños más graves registrados con esta radiación es el conocido como cáncer de los operadores de máquinas de Rayos X.
Los Rayos T, por su lado, ocupan una región del espectro electromagnético con una frecuencia mucho menor que los Rayos T (de hecho, mucho menor que la radiación que percibimos con los ojos) y no interactúan con la materia. Otros ejemplos de radiaciones no ionizantes son las emisoras de radio, así como las microondas usadas en los electrodomésticos o en el área de telecomunicaciones.
Como puntúa Rubén Criado, «los rayos de terahercios son capaces de detectar también cerámica, madera, papel, etc. [...] y son totalmente inocuos, no es una radiación dañina».
El espectro electromagnético de los Rayos T
El espectro de la luz es amplio. Se puede observar en la imagen que, entre los rayos cósmicos (1023 Hz) y las frecuencias extremadamente bajas (10 Hz), hay un pequeño espacio dedicado a nuestro arcoiris. Esa es la luz visible. Justo por debajo de ella (en frecuencia), se encuentran los infrarrojos y un poco más abajo (a la derecha en el espectro), las microondas.
Los Rayos T se localizan en un rango de frecuencias entre estos infrarrojos y microondas, y pueden alcanzarse tanto a partir de llevar al límite la tecnología fotónica (infrarrojos) como la electrónica (microondas). La dificultad reside en que nuestra tecnología se ha aproximado a esta región del espectro a través de las regiones más desarrolladas de dos ramas que consideramos casi por completo ajenas la una a la otra, con los Rayos T en su centro.
La tecnología fotónica o la electrónica son dos caminos para llegar a los rayos de terahercios
Por una parte, nuestra tecnología fotónica es magnífica para alcanzar esas frecuencias, pero tiene el inconveniente de que la calidad de señal es baja o muy baja. Por otra, la tecnología electrónica tiene una calidad de señal muy buena pero un funcionamiento limitado. De la síntesis de ambas nace el _generador de Criado_ o Pure-T-Wave.
¿Para qué se pueden usar los rayos de terahercios? 5G y otras aplicaciones
El generador de terahercios de Criado y su equipo puede tener un enorme impacto en nuestra sociedad. En especial, si hablamos en términos de materia de seguridad y defensa, telecomunicaciones, industria, biomedicina o ciencia e I+D, entre otros.
Por ejemplo, hoy día ya se usan los Rayos T en los aeropuertos, cuando pasamos las maletas, mochilas y bolsos por el escáner, pero las frecuencias empleadas trabajan casi en la zona de microondas. Además de la baja resolución, los equipos tienen un coste importante porque llevan al límite la tecnología electromagnética. El generador de Rayos T del equipo de Rubén Criado ha conseguido una calidad de señal un millón de veces superior al mejor generador de T-luz del mercado.
Actualmente, consideramos al 5G el futuro de las telecomunicaciones porque, desde el 4G presente en nuestros teléfonos móviles y routers, supone un importante avance en comunicaciones inalámbricas. Sin embargo, los terahercios podrían desbancar en un futuro al 5G, ya que con él se consiguen velocidades por encima de los 100 Gbps en el espectro de los 300 GHz, mientras que el 5G "solo" ha logrado 35 Gbps en el espectro de los 73 GHz.
Los Rayos T tendrán aplicaciones en muchos campos, entre ellos, las telecomunicaciones
El doctor Alan Davy, del TSSG, comentó que los THz podrían formar parte del 8G o del 10G si la tecnología avanza a buen paso. Serán perfectos para comunicaciones con un gran ancho de banda porque la alta frecuencia de las ondas de THz, frente a las de telecomunicaciones actuales, permiten tasas de comunicación inalámbrica ultrarrápidas. Hoy día ya se podrían empezar a usar técnicas fotónicas (cercanas al infrarrojo) para el procesamiento de la señal con componentes ópticos ya existentes en las telecomunicaciones y, en consecuencia, de bajo coste.
Casi todos los procesos en los que hoy se usan los Rayos X (biomedicina, espectroscopía o astronomía) también pueden ser mejorados gracias a los Rayos T. En el caso de la biomedicina, el componente ionizante de los Rayos X los hace demasiado peligrosos a largo plazo. La espectroscopía será capaz de detectar a distancia (y diferenciar) con mayor precisión diferentes sustancias a escala nanométrica. La astronomía contará con un mejor detector de fotones, entre otros. Como afirma Rubén Criado, hay «mucho potencial para analizar sustancias», sean éstas cercanas (cuerpo humano) o lejanas (posible vida en exoplanetas).
Los procesos industriales hacen uso de distintas tecnologías para detectar fallos (hardware), productos de baja calidad (grietas, roturas) e incluso cuerpos extraños en el interior de envases (alimentación). Todas ellas se verán beneficiadas con unos detectores basados en terahercios cuando estos sean más asequibles y "portátiles".
Luz WabLabs, compañía detrás del Pure-T-Wave, es la primera empresa española enfocada a los Rayos T en un mercado que está arrancando. Hay mucho camino por delante porque la tecnología es nueva, pero sin duda el potencial de una ciencia que abarque el limbo entre la óptica y la electromagnética es elevado.
Imágenes | Vodafone One, Horst Frank (CC BY-SA 3.0)
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