Az eredmény – körülbelül 36 km/másodperc – körülbelül kétszer olyan gyors, mint a világ legkeményebb ismert anyagának, a gyémántnak a hangsebessége.
A hullámok, mint például a hang- vagy fényhullámok, olyan zavarok, amelyek energiát mozgatnak egyik helyről a másikra. A hanghullámok különböző közegeken, például levegőn vagy vízen keresztül haladhatnak, és különböző sebességgel mozognak attól függően, hogy min haladnak keresztül. Például szilárd anyagokon keresztül sokkal gyorsabban mozognak, mint folyadékokon vagy gázokon keresztül, ezért van az, hogy egy közeledő vonatot sokkal gyorsabban hallunk, ha a hangot a síneken, nem pedig a levegőben terjedő hangot hallgatjuk.
Einstein speciális relativitáselmélete meghatározza azt az abszolút sebességhatárt, amellyel egy hullám haladhat, ami a fénysebesség, és körülbelül 300 000 km/másodpercnek felel meg. Mostanáig azonban nem volt ismert, hogy a hanghullámoknak is van-e felső sebességhatára, amikor szilárd vagy folyékony anyagokon haladnak keresztül.
A Science Advances folyóiratban megjelent tanulmányból kiderül, hogy a hangsebesség felső határának megjóslása két dimenziótlan alapállandótól függ: a finomszerkezeti állandótól és a proton-elektron tömegaránytól.
Ez a két szám már ismert, és fontos szerepet játszik Univerzumunk megértésében. Finomra hangolt értékeik szabályozzák az olyan nukleáris reakciókat, mint a protonok bomlása és a csillagok nukleáris szintézise, és a két szám közötti egyensúly biztosítja azt a szűk “lakhatósági zónát”, ahol csillagok és bolygók alakulhatnak ki, és ahol életet támogató molekuláris struktúrák alakulhatnak ki. Az új eredmények azonban azt sugallják, hogy ez a két alapvető állandó más tudományterületeket is befolyásolhat, például az anyagtudományt és a kondenzált anyagok fizikáját, mivel határt szabnak bizonyos anyagi tulajdonságoknak, például a hangsebességnek.
A tudósok az anyagok széles skáláján tesztelték elméleti előrejelzésüket, és az elméletük egyik konkrét előrejelzésével foglalkoztak, miszerint a hangsebességnek az atom tömegével csökkennie kell. Ez az előrejelzés azt jelenti, hogy a hang a szilárd atomos hidrogénben a leggyorsabb. A hidrogén azonban csak nagyon magas, 1 millió atmoszféra feletti nyomáson szilárd atom, amely nyomás a Jupiterhez hasonló gázóriások magjában uralkodó nyomáshoz hasonlítható. Ilyen nyomáson a hidrogén lenyűgöző fémes szilárd anyaggá válik, amely a rézhez hasonlóan vezeti az elektromosságot, és az előrejelzések szerint szobahőmérsékletű szupravezető lesz. Ezért a kutatók a legkorszerűbb kvantummechanikai számításokat végezték el, hogy teszteljék ezt a jóslatot, és megállapították, hogy a hangsebesség a szilárd atomos hidrogénben közel van az elméleti alaphatárhoz.
Chris Pickard professzor, a Cambridge-i Egyetem anyagtudományi professzora elmondta: “A szilárd anyagokban lévő hanghullámok már most is óriási jelentőséggel bírnak számos tudományterületen. A szeizmológusok például a föld mélyén, a Föld belsejében bekövetkező földrengések által kiváltott hanghullámokat használják a szeizmikus események természetének és a Föld összetételének tulajdonságainak megértéséhez. Az anyagtudósok számára is érdekesek, mivel a hanghullámok fontos rugalmas tulajdonságokkal állnak kapcsolatban, beleértve a feszültségnek való ellenállási képességet is.”