​Science News: Oamenii de știință au aflat viteza maximă a sunetului; nu s-au dus pe Jupiter, l-au simulat aici

O colaborare între universitatea Queen Mary din Londra, universitatea Cambridge și Institutul pentru Fizica Presiunilor Înalte din Troițk, Moscova, a descoperit cea mai mare viteză posibilă a sunetului. Rezultatul – aproape 36 km/secundă – este de două ori mai mare decât viteza sunetului în diamant, cel mai dur material din lume.

Undele, cum sunt sunetul și lumina, sunt perturbări care mută energie dintr-un loc în altul. Undele sonore pot călători prin medii diferite, ca aerul sau apa, și se mișcă cu viteze diferite prin fiecare. De exemplu, prin solide se mișcă mult mai repede decât prin lichide sau gaze și de aceea poți auzi mai repede cum se apropie un tren dacă asculți sunetul propagat prin șină, nu prin aer.

Teoria relativității a lui Einstein stabilește viteza maximă absolută cu care se pot propaga undele, care este viteza luminii, egală cu 300.000 km/secundă. Totuși până acum nu se știa dacă și undele sonore au o viteză superioară limită când se propagă prin lichide sau solide.

Studiul, publicat în revista Science Advances, arată că aflarea vitezei limită superioare a sunetului depinde de două constante fundamentale: constanta Sommerfeld (caracterizează mărimea interacțiunii electromagnetice între particule elementare cu sarcină elctrică) și raportul maselor proton-electron.

Aceste două numere sunt cunoscute deja ca jucând un rol important în înțelegerea Universului. Valorile lor guvernează reacții nucleare ca descompunerea protonilor și sinteza nucleară în stele, iar echilibrul între ele oferă o îngustă zonă „locuibilă” unde se pot forma stele și planete și unde pot apărea molecule favorabile vieții. Totuși, noua descoperire demonstrează că aceste două constante fundamentale pot influența și alte domenii științifice, ca știința materialelor și fizica materiei condensate, stabilind limita unor mărimi specifice cum este viteza sunetului.

Savanții și-au testat teoriile pe o gamă largă de materiale și au abordat ipoteza specifică privind scăderea vitezei sunetului cu creșterea masei atomului. Implicația ipotezei era că sunetul este cel mai rapid în atomi de hidrogen solid. Dar hidrogenul este atomic solid la presiuni uriașe de peste un milion de atmosfere, presiuni comparabile cu cele din miezul unor giganți gazoși ca planeta Jupiter. La asemenea presiuni, hidrogenul devine un metal solid fascinant, conducând electricitatea precum cuprul și fiind supraconductor de temperatură. În consecință, cercetătorii au efectuat calcule avansate de mecanică cuantică pentru a testa ipoteza și au aflat că viteza sunetului în hidrogen solid este apropiată de limita fundamentală teoretică.

Chris Pickard, profesor de știința materialelor la universitatea Cambridge, a spus: „Undele sonore în solide sunt de pe acum de importanță uriașă în multe domenii științifice. De exemplu, seismologii folosesc undele sonore generate de cutremure în adâncimea Pământului pentru a înțelege natura evenimentelor seismice și proprietățile compoziției planetei. Sunt de asemenea de interes pentru ștința materialelor, deoarece undele sonore sunt legate de importante proprietăți elastice, inclusiv calitatea de a rezista la tensiuni”. (Phys.org)