Calcolato il limite massimo della velocità del suono.

 

Ultimamente la collaborazione tra la Queen Mary University of London, l'Università di Cambridge e l'Istituto di Fisica ad Alta Pressione di Troitsk ha portato alla misurazione del limite massimo della velocità del suono: intorno ai 36 km al secondo, circa il doppio della velocità del suono nel diamante, (ovvero il materiale più duro conosciuto al mondo). In pratica, come già noto, le onde, (come, ad esempio, quelle del suono o della luce), sono disturbi che spostano l'energia da un luogo all'altro, e quelle sonore possono viaggiare attraverso diversi mezzi, (come l'aria o l'acqua), e si muovono a diverse velocità a seconda di ciò che attraversano: per esempio, si muovono per mezzo dei solidi molto più velocemente di quanto non farebbero attraverso i liquidi o i gas, ed è per questo che si è in grado di sentire un treno in avvicinamento molto più velocemente se si ascolta il suono che si propaga nel binario ferroviario piuttosto che attraverso l'aria. Inoltre la teoria della relatività ristretta di Einstein stabilisce il limite assoluto di velocità a cui un'onda può viaggiare è rappresentato dalla velocità della luce, la quale è pari a circa 300.000 km al secondo. Tuttavia fino ad ora non si sapeva se anche le onde sonore avessero un limite di velocità superiore quando viaggiano attraverso i solidi o i liquidi. Ad ogni modo adesso nel corso di uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances il suddetto team di scienziati ha mostrato che la previsione del limite massimo della velocità del suono dipende da due costanti fondamentali adimensionali: la costante di struttura fine ed il rapporto di massa protone-elettrone. In sostanza si tratta di due numeri già conosciuti per svolgere un ruolo importante nella comprensione dell'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 "zona abitabile" dove le stelle ed i pianeti possono formarsi e le strutture molecolari che sostengono la vita possono emergere. In ogni caso recenti scoperte hanno suggerito che queste due costanti fondamentali possono influenzare anche altri campi scientifici, (come, ad esempio, la scienza dei materiali e la fisica della materia condensata), ponendo dei limiti a specifiche proprietà dei materiali come, appunto, la velocità del suono. Entrando un po' più nei dettagli gli studiosi hanno testato la loro previsione teorica su una vasta gamma di materiali ed hanno affrontato una previsione specifica secondo cui la velocità del suono dovrebbe diminuire con la massa dell'atomo: tale previsione implica che il suono è veloce nell'idrogeno atomico solido. Tuttavia è solo ad una pressione molto alta, (superiore ad 1 milione di atmosfere e paragonabile a quella del nucleo di giganti gassosi come Giove), che l'idrogeno diventa un solido metallico che conduce elettricità proprio come il rame e che si prevede sia un superconduttore a temperatura ambiente. Motivo per il quale i ricercatori hanno eseguito calcoli meccanici quantistici all'avanguardia per testare la previsione in questione ed hanno scoperto che la velocità del suono nell'idrogeno atomico solido è vicina al limite fondamentale teorico di 36.1 km/s. Al riguardo Chris Pickard, uno dei principali autori della suddetta indagine, ha spiegato: "Le onde sonore nei solidi sono già estremamente importanti in molti campi scientifici. Ad esempio, i sismologi utilizzano le onde sonore generate dai terremoti in profondità all'interno della Terra per capire la natura degli eventi sismici e le proprietà della composizione del pianeta. Sono anche di interesse per gli scienziati dei materiali perché le onde sonore sono legate ad importanti proprietà elastiche, tra cui la capacità di resistere alle sollecitazioni". Mentre Kostya Trachenko, altro principale responsabile delle analisi, ha, infine, aggiunto: "Riteniamo che i risultati di questo studio possano avere ulteriori applicazioni scientifiche, aiutandoci a trovare e comprendere i limiti di diverse proprietà, (come la viscosità e la conduttività termica), rilevanti per la superconduttività ad alta temperatura, per i plasma di quark-gluoni e persino per la fisica dei buchi neri".