Il risultato – circa 36 km al secondo – è circa due volte più veloce della velocità del suono nel diamante, il materiale più duro conosciuto al mondo.
Le onde, come le onde del suono o della luce, sono disturbi che spostano energia da un posto all’altro. Le onde sonore possono viaggiare attraverso diversi mezzi, come l’aria o l’acqua, e muoversi a velocità diverse a seconda di ciò che stanno attraversando. Per esempio, si muovono attraverso i solidi molto più velocemente che attraverso i liquidi o i gas, ed è per questo che si è in grado di sentire un treno che si avvicina molto più velocemente se si ascolta il suono che si propaga nei binari piuttosto che attraverso l’aria.
La teoria della relatività speciale di Einstein stabilisce il limite assoluto di velocità a cui un’onda può viaggiare che è la velocità della luce, ed è pari a circa 300.000 km al secondo. Tuttavia fino ad ora non si sapeva se le onde sonore hanno anche un limite superiore di velocità quando viaggiano attraverso solidi o liquidi.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, mostra che prevedere il limite superiore della velocità del suono dipende da due costanti fondamentali senza dimensione: la costante di struttura fine e il rapporto di massa protone-elettrone.
Questi due numeri sono già noti per svolgere un ruolo importante nella comprensione del nostro Universo. I loro valori finemente sintonizzati governano le reazioni nucleari come il decadimento dei protoni e la sintesi nucleare nelle stelle e l’equilibrio tra i due numeri fornisce una stretta “zona abitabile” dove le stelle e i pianeti possono formarsi e le strutture molecolari che supportano la vita possono emergere. Tuttavia, le nuove scoperte suggeriscono che queste due costanti fondamentali possono anche influenzare altri campi scientifici, come la scienza dei materiali e la fisica della materia condensata, stabilendo limiti a specifiche proprietà dei materiali come la velocità del suono.
Gli scienziati hanno testato la loro previsione teorica su una vasta gamma di materiali e hanno affrontato una previsione specifica della loro teoria che la velocità del suono dovrebbe diminuire con la massa dell’atomo. Questa previsione implica che il suono è il più veloce nell’idrogeno atomico solido. Tuttavia, l’idrogeno è un solido atomico solo a pressioni molto elevate superiori a 1 milione di atmosfere, pressioni paragonabili a quelle del nucleo dei giganti gassosi come Giove. A quelle pressioni, l’idrogeno diventa un affascinante solido metallico che conduce l’elettricità proprio come il rame e si prevede che sia un superconduttore a temperatura ambiente. Pertanto, i ricercatori hanno eseguito calcoli di meccanica quantistica all’avanguardia per testare questa previsione e hanno scoperto che la velocità del suono nell’idrogeno atomico solido è vicina al limite fondamentale teorico.
Il professor Chris Pickard, professore di scienza dei materiali all’Università di Cambridge, ha detto: “Le onde sonore nei solidi sono già enormemente importanti in molti campi scientifici. Per esempio, i sismologi usano le onde sonore innescate dai terremoti nelle profondità dell’interno della Terra per capire la natura degli eventi sismici e le proprietà della composizione della Terra. Sono anche interessanti per gli scienziati dei materiali perché le onde sonore sono legate a importanti proprietà elastiche, compresa la capacità di resistere alle sollecitazioni.”
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