Resultatet – ca. 36 km i sekundet – er ca. dobbelt så hurtigt som lydhastigheden i diamant, det hårdeste kendte materiale i verden.
Bølger, som f.eks. lyd- eller lysbølger, er forstyrrelser, der flytter energi fra et sted til et andet. Lydbølger kan bevæge sig gennem forskellige medier, f.eks. luft eller vand, og bevæger sig med forskellige hastigheder afhængigt af, hvad de bevæger sig igennem. For eksempel bevæger de sig gennem faste stoffer meget hurtigere end gennem væsker eller gasser, hvilket er grunden til, at man kan høre et tog, der nærmer sig, meget hurtigere, hvis man lytter til lyden, der udbreder sig i jernbanesporet i stedet for gennem luften.
Einsteins specielle relativitetsteori fastsætter den absolutte hastighedsgrænse, som en bølge kan bevæge sig med, som er lysets hastighed, og som svarer til ca. 300.000 km i sekundet. Men indtil nu vidste man ikke, om lydbølger også har en øvre hastighedsgrænse, når de bevæger sig gennem faste stoffer eller væsker.
Undersøgelsen, der er offentliggjort i tidsskriftet Science Advances, viser, at forudsigelsen af den øvre grænse for lydens hastighed afhænger af to dimensionsløse fundamentale konstanter: finstrukturkonstanten og proton-til-elektron-masseforholdet.
Disse to tal er allerede kendt for at spille en vigtig rolle i forståelsen af vores univers. Deres fint afstemte værdier styrer kernereaktioner som f.eks. protoners henfald og kernesyntese i stjerner, og balancen mellem de to tal giver en snæver “beboelig zone”, hvor stjerner og planeter kan dannes, og hvor livsunderstøttende molekylære strukturer kan opstå. De nye resultater tyder imidlertid på, at disse to fundamentale konstanter også kan påvirke andre videnskabelige områder, f.eks. materialevidenskab og fysik for kondenseret stof, ved at sætte grænser for specifikke materialeegenskaber som f.eks. lydhastigheden.
Forskerne testede deres teoretiske forudsigelse på en lang række materialer og tog fat på en specifik forudsigelse i deres teori, nemlig at lydhastigheden skulle falde med atomets masse. Denne forudsigelse indebærer, at lyden er hurtigst i fast atomart brint. Brint er imidlertid kun et atomart fast stof ved meget højt tryk på over 1 million atmosfærer, et tryk, der kan sammenlignes med trykket i kernen af gasgiganter som Jupiter. Ved disse tryk bliver brint et fascinerende metallisk fast stof, der leder elektricitet ligesom kobber, og det forudsiges, at det er en superleder ved stuetemperatur. Forskerne har derfor udført avancerede kvantemekaniske beregninger for at teste denne forudsigelse og har fundet ud af, at lydhastigheden i fast atomart brint er tæt på den teoretiske fundamentale grænse.
Professor Chris Pickard, professor i materialevidenskab ved University of Cambridge, sagde: “Lydbølger i faste stoffer er allerede enormt vigtige på mange videnskabelige områder. For eksempel bruger seismologer lydbølger, der udløses af jordskælv dybt inde i Jordens indre, til at forstå karakteren af seismiske hændelser og egenskaberne ved Jordens sammensætning. De er også af interesse for materialeforskere, fordi lydbølger er relateret til vigtige elastiske egenskaber, herunder evnen til at modstå stress.”