Published On: Lun, Ott 19th, 2020

Scoperta la massima velocità del suono

Una collaborazione di ricerca tra la Queen Mary University di Londra, l’Università di Cambridge e l’Institute for High Pressure Physics di Troitsk ha scoperto la massima velocità possibile del suono.

Il risultato – di 36 chilometri al secondo – rappresenta circa il doppio della velocità del suono nel diamante, il materiale più duro conosciuto al mondo.

Le onde, come ad esempio le onde sonore o luminose, rappresentano disturbi che spostano l’energia da un luogo 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. Ad esempio, si muovono attraverso i solidi molto più velocemente di quanto farebbero attraverso liquidi o gas, motivo per cui si è in grado di sentire un treno che si avvicina molto più velocemente ascoltando il ​​suono che si propaga nei binari anziché nell’aria.

La teoria della relatività speciale di Einstein stabilisce il limite di velocità assoluto 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 era noto se le onde sonore avessero anche un limite di velocità viaggiando attraverso solidi o liquidi.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, mostra che la previsione del limite superiore della velocità del suono dipende da due costanti fondamentali adimensionali: la costante di struttura fine e il rapporto di massa protone-elettrone.

Questi due fattori 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 del protone e la sintesi nucleare nelle stelle, e l’equilibrio tra essi fornisce una stretta “zona abitabile” dove stelle e pianeti possono formarsi, oltre a dirci le strutture molecolari di supporto alla vita. 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, ponendo limiti a specifiche proprietà dei materiali come la velocità del suono.

Gli scienziati hanno testato la loro previsione teorica su un’ampia gamma di materiali e hanno affrontato una previsione specifica della loro teoria secondo cui la velocità del suono dovrebbe diminuire con la massa dell’atomo. Questa previsione implica che il suono è più veloce nell’idrogeno atomico solido. Tuttavia, l’idrogeno è un solido atomico solo a pressione superiore a 1 milione di atmosfere, pressione paragonabile a quella nel 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 vicino al limite fondamentale teorico.

Il professor Chris Pickard, professore di Scienza dei materiali presso l’Università di Cambridge, ha dichiarato: “Le onde sonore nei solidi sono già estremamente importanti in molti campi scientifici. Ad esempio, i sismologi utilizzano le onde sonore innescate dai terremoti nelle profondità della Terra per comprendere la natura degli eventi e le proprietà della composizione della Terra. Sono anche di interesse per gli scienziati dei materiali perché le onde sonore sono legate a importanti proprietà elastiche, inclusa la capacità di resistere allo stress“.

About the Author

- Giornalista scientifico, iscritto all'ordine nazionale dal 2013, si occupa di cronaca scientifica dal 2011, anno di inizio del praticantato. Dal 2007 al 2014 ha condotto degli studi mesoclimatici sui raffreddamenti radiativi delle doline di origine carsica e sull’esondazione del cold air pool. Contatti: renato.sansone@geomagazine.it