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“.

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- Giornalista scientifico, iscritto all'ordine nazionale dal 2013. Si occupa di cronaca scientifica dal 2011. Contatti: renato.sansone@geomagazine.it