La radiazione Terahertz (0,1 - 1 mm) non è una radiazione ionizzante e, di conseguenza, può consentire di fare esperimenti e misure tranquillamente in ambiente urbano senza quindi generare problemi per l'uomo. Tale radiazione può essere generata in diversi modi, allo stato attuale della ricerca i migliori sono tramite l'utilizzo di laser a cascata quantica e tramite la trasduzione di segnale infrarosso con il processo di rettificazione ottica.
La mia ricerca sarà volta allo sfruttamento di questa particolare regione dello spettro elettromagnetico, al fine di individuare e tenere sotto stretto controllo alcune molecole e sostanze dannose presenti nell'atmosfera. Tramite il monitoraggio attivo di queste sostanze, sarà quindi possibile tenere sotto controllo il livello di inquinamento ed intervenire qualora fosse necessario, in quanto si sa l'esatta provenienza di queste molecole derivanti dalla combustione di idrocarburi.
Inoltre, la mia ricerca verterà anche sullo studio dell¿ambiente appena sopra il livello dei bacini idrici, in particolare mi concentrerò sulla presenza di microrganismi e di impurità che potrebbero causare modifiche al normale ciclo delle acque e, di conseguenza, generare precisi eventi come piogge torrenziali o uragani. E' stato dimostrato che questi microrganismi possiedono spettri che presentano una segnatura particolare nella regione del Terahertz e, di conseguenza, può essere sfruttata tale radiazione per studiarli, in modo tale da poter fare previsioni sempre più accurate sul clima.
Essendo una banda dello spettro elettromagnetico solo recentemente oggetto di studio, c'è molto fervore di idee innovative in merito e purtroppo, allo stato attuale della ricerca, non è stato ancora possibile indagare approfonditamente le aree citate in precedenza. Questo perché la ricerca teorica di base risulta complessa in quanto le equazioni che si ottengono non sempre sono di facile risoluzione e comprensione; inoltre i sistemi in esame non sono di facile modellizzazione matematica e basarsi sulla prova sperimentale sembra essere l'unica via praticabile. La possibilità, sfruttando nuove tecnologie, di rendere maggiormente compatti gli strumenti di misura senza ridurne le capacità di analisi, sta spianando sempre di più la strada verso l'effettivo utilizzo della radiazione Terahertz al di fuori dei laboratori di ricerca.
Quello che vorrei fare nel mio progetto di ricerca si può suddividere in tre parti principali:
1. Caratterizzare gli spettri di assorbimento e trasmissione di molecole pericolose per l'uomo;
2. Simulare condizioni in cui queste molecole sono presenti valutandone l'effettivo comportamento al passaggio di radiazione Terahertz;
3. Verificare che i dati ottenuti dalle simulazioni siano in accordo con esperimenti mirati.
Per quanto riguarda il primo punto, si conoscono molto bene in letteratura (esistono molti database sempre aggiornati, ad esempio http://www.astrochemistry.org/pahdb) gli spettri delle molecole nelle principali bande dello spettro EM (visibile, infrarosso, ultravioletto, raggi X). La mia ricerca punta, quindi, ad aggiungere ai suddetti anche i picchi di assorbimento nel Terahertz, siccome sono molecole molto polari e la fisica della materia prevede che possiedano molti moti roto-vibrazionali che ricadono esattamente nella regione dello spettro in esame.
Per il secondo punto, esistono svariati modelli per simulare la presenza di molecole, però dato che il Terahertz non era molto studiato durante la loro ideazione, bisogna modificarli per includere caratteristiche delle molecole che siano indagabili con questa radiazione. Quindi, il risultato sarebbe la realizzazione di un modello per le simulazioni sempre più completo e vicino alla realtà.
Per quanto, invece, riguarda il terzo punto, una volta conclusa la fase delle simulazioni bisognerà progettare degli esperimenti atti a verificare i dati ottenuti teoricamente. Nel nostro dipartimento di Fisica è già presente un laboratorio dotato delle attrezzature necessarie e, si sta procedendo alla costruzione e messa in funzione di un nuovo laboratorio all'avanguardia che sarà dotato di una strumentazione tale da poter realizzare tutti gli esperimenti necessari per testare i dati ottenuti dalla mia ricerca.