Une collaboration de recherche entre l'Université Queen Mary de Londres, l'Université de Cambridge et l'Institut de physique des hautes pressions de Troitsk ont ​​découvert la vitesse du son la plus rapide possible.

Le résultat - environ 36 km par seconde - est environ deux fois plus rapide que la vitesse du son dans le diamant, le matériau le plus dur connu au monde.

Vagues, comme les ondes sonores ou lumineuses, sont des perturbations qui déplacent l'énergie d'un endroit à un autre. Les ondes sonores peuvent voyager à travers différents médiums, comme l'air ou l'eau, et se déplacent à des vitesses différentes en fonction de ce qu'ils traversent. Par exemple, ils se déplacent à travers les solides beaucoup plus rapidement qu'ils ne le feraient à travers des liquides ou des gaz, c'est pourquoi vous pouvez entendre un train qui approche beaucoup plus rapidement si vous écoutez le son se propager dans la voie ferrée plutôt que dans les airs.

La théorie de la relativité restreinte d'Einstein fixe la limite de vitesse absolue à laquelle une onde peut voyager, qui est la vitesse de la lumière, et est égal à environ 300, 000 km par seconde. Cependant, jusqu'à présent, on ne savait pas si les ondes sonores avaient également une limite de vitesse supérieure lorsqu'elles traversaient des solides ou des liquides.

L'étude, publié dans la revue Avancées scientifiques , montre que la prédiction de la limite supérieure de la vitesse du son dépend de deux constantes fondamentales sans dimension :la constante de structure fine et le rapport de masse proton/électron.

Ces deux nombres sont déjà connus pour jouer un rôle important dans la compréhension de notre Univers. Leurs valeurs finement réglées régissent les réactions nucléaires telles que la désintégration du proton et la synthèse nucléaire dans les étoiles et l'équilibre entre les deux nombres fournit une «zone habitable» étroite où les étoiles et les planètes peuvent se former et où des structures moléculaires vitales peuvent émerger. Cependant, les nouvelles découvertes suggèrent que ces deux constantes fondamentales peuvent également influencer d'autres domaines scientifiques, comme la science des matériaux et la physique de la matière condensée, en fixant des limites à des propriétés matérielles spécifiques telles que la vitesse du son.

Les scientifiques ont testé leur prédiction théorique sur un large éventail de matériaux et ont abordé une prédiction spécifique de leur théorie selon laquelle la vitesse du son devrait diminuer avec la masse de l'atome. Cette prédiction implique que le son est le plus rapide dans l'hydrogène atomique solide. Cependant, l'hydrogène est un solide atomique à très haute pression au-dessus de 1 million d'atmosphères seulement, pression comparable à celles du cœur des géantes gazeuses comme Jupiter. À ces pressions, l'hydrogène devient un fascinant solide métallique conducteur d'électricité tout comme le cuivre et il est prévu qu'il soit un supraconducteur à température ambiante. Par conséquent, les chercheurs ont effectué des calculs de mécanique quantique de pointe pour tester cette prédiction et ont découvert que la vitesse du son dans l'hydrogène atomique solide est proche de la limite fondamentale théorique.

Professeur Chris Pickard, Professeur de science des matériaux à l'Université de Cambridge, a déclaré :« Les ondes sonores dans les solides sont déjà extrêmement importantes dans de nombreux domaines scientifiques. Par exemple, les sismologues utilisent des ondes sonores déclenchées par des tremblements de terre profondément à l'intérieur de la Terre pour comprendre la nature des événements sismiques et les propriétés de la composition de la Terre. Ils intéressent également les scientifiques des matériaux, car les ondes sonores sont liées à d'importantes propriétés élastiques, notamment la capacité de résister au stress. »