O resultado – cerca de 36 km por segundo – é cerca do dobro da velocidade do som em diamante, o material mais duro conhecido no mundo.
Ondas, tais como ondas sonoras ou de luz, são perturbações que movem a energia de um lugar para outro. As ondas sonoras podem viajar através de diferentes meios, como ar ou água, e mover-se a velocidades diferentes, dependendo do que estão a viajar. Por exemplo, elas se movem através de sólidos muito mais rápido do que através de líquidos ou gases, e é por isso que você é capaz de ouvir um trem se aproximando muito mais rápido se você ouvir o som se propagando na via férrea em vez de pelo ar.
A teoria da relatividade especial de Einstein estabelece o limite absoluto de velocidade na qual uma onda pode viajar que é a velocidade da luz, e é igual a cerca de 300.000 km por segundo. No entanto até agora não se sabia se as ondas sonoras também têm um limite de velocidade superior quando viajam através de sólidos ou líquidos.
O estudo, publicado na revista Science Advances, mostra que prever o limite superior da velocidade do som depende de duas constantes fundamentais sem dimensão: a constante de estrutura fina e a relação massa protão/electrão.
Estes dois números já são conhecidos por desempenharem um papel importante na compreensão do nosso Universo. Seus valores finamente afinados governam reações nucleares como a decadência do próton e a síntese nuclear em estrelas e o equilíbrio entre os dois números fornece uma estreita “zona habitável” onde estrelas e planetas podem formar e estruturas moleculares de suporte à vida podem emergir. Contudo, as novas descobertas sugerem que estas duas constantes fundamentais também podem influenciar outros campos científicos, como a ciência dos materiais e a física da matéria condensada, estabelecendo limites para propriedades específicas dos materiais, como a velocidade do som.
Os cientistas testaram a sua previsão teórica numa vasta gama de materiais e abordaram uma previsão específica da sua teoria de que a velocidade do som deve diminuir com a massa do átomo. Esta predição implica que o som é o mais rápido em hidrogénio atómico sólido. No entanto, o hidrogénio é um sólido atómico a uma pressão muito elevada acima de apenas 1 milhão de atmosferas, pressão comparável às do núcleo de gigantes gasosos como Júpiter. A essas pressões, o hidrogénio torna-se um fascinante sólido metálico condutor de electricidade, tal como o cobre, e prevê-se que seja um supercondutor de temperatura ambiente. Portanto, os pesquisadores realizaram cálculos mecânicos quânticos de última geração para testar essa previsão e descobriram que a velocidade do som no hidrogênio atômico sólido está próxima do limite teórico fundamental.
Professor Chris Pickard, Professor de Ciência dos Materiais da Universidade de Cambridge, disse: “As ondas sonoras em sólidos já são extremamente importantes em muitos campos científicos. Por exemplo, os sismólogos usam ondas sonoras iniciadas por terremotos no interior da Terra para entender a natureza dos eventos sísmicos e as propriedades da composição da Terra. Eles também são de interesse para os cientistas de materiais porque as ondas sonoras estão relacionadas a importantes propriedades elásticas, incluindo a capacidade de resistir ao stress”