Scoperta la massima velocità del suono. Lo studio

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Il suono può percorrere un massimo di 36 chilometri in un secondo: un team internazionale a guida inglese ha trovato la massima velocità del suono, circa 100 volte quella nell’aria. La scoperta apre importanti porte sulla sismologia e le scienze dei materiali.

La velocità del suono in aria è di circa 340 metri/s (numeri che comunque variano con la temperatura), il che significa circa 0.3 chilometri/s. Questo valore cambia sensibilmente però con il mezzo nel quale il suono si propaga perché, a differenza della luce, il suono è un’onda meccanica, che ha bisogno di un “supporto” per viaggiare.

Come è diverso spostarsi in bici o con un aereo, anche quest’onda si sposta più o meno velocemente in base a “chi la porta”. Oggi sappiamo però che la sua velocità non può comunque superare i 36 chilometri/s, circa 100 volte quella in aria.

In generale il suono si propaga meglio nei solidi che nei liquidi o gas, motivo per cui avvertiamo un treno in avvicinamento molto prima se avviciniamo le orecchie ai binari invece che lasciandole a contatto con l’aria.

Lo studio che ha trovato questo valore, ormai chiamato il limite superiore della velocità del suono, è stato condotto a livello teorico e ha dimostrato come questa previsione dipenda da due fattori fondamentali: la costante di struttura fine e il rapporto di massa protone-elettrone.

Queste due costanti erano già note, tra l’altro, per governare reazioni nucleari come il decadimento del protone e la sintesi nucleare nelle stelle, nonché per definire la stretta “zona abitabile” dove le stelle e i pianeti possono formarsi e le strutture molecolari che sostengono la vita possono emergere.

Gli scienziati, comunque, non si sono fermati a fare previsioni teoriche basate su calcoli e calcoli, ma hanno anche testato le loro ipotesi su un’ampia gamma di materiali, dimostrando che il valore diminuisce con la massa dell’atomo, e che quindi il suono è più veloce nell’idrogeno atomico solido, poiché l’idrogeno è l’elemento chimico con la massa più piccola.

Tuttavia in natura l’idrogeno è notoriamente un gas (molecola formata da due atomi uguali), e diventa un solido atomico solo ad altissima pressione, superiore a 1 milione di atmosfere, paragonabile a quella nel nucleo dei giganti gassosi come Giove. A quelle pressioni l’elemento conduce elettricità proprio come il rame e si prevede sia un superconduttore a temperatura ambiente.

Tutto calcolato e tutto verificato: i ricercatori hanno infatti scoperto attraverso calcoli di meccanica quantistica all’avanguardia che la velocità del suono nell’idrogeno atomico solido è vicina al limite fondamentale teorico.

La portata della scoperta è innanzitutto scientifica: prima d’ora era noto solo quale fosse il limite di velocità assoluta alla quale un’onda può viaggiare, quella della luce, (circa 300.000 chilometri/s, come stabilisce la teoria della relatività di Einstein). Ma la luce è un’onda elettromagnetica e il valore è quello nel vuoto. Per la prima volta ora si scopre che anche attraverso un mezzo esiste un limite superiore che un’onda non può superare.

Ma non finisce qui.

“Le onde sonore nei solidi sono già estremamente importanti in molti campi scientifici – spiega infatti Chris Pickard, coautore dello studio – Ad esempio, i sismologi utilizzano le onde sonore innescate da terremoti profondi all’interno della Terra per comprendere la natura degli eventi sismici e le proprietà della composizione del nostro pianeta. Sono anche di interesse per gli scienziati dei materiali perché le onde sonore sono correlate a importanti proprietà elastiche, inclusa la capacità di resistere allo stress”.

Il passo compiuto potrebbe dunque essere un balzo in molti campi tecnologici, alcuni dei quali particolarmente importanti per noi.

La ricerca è stata pubblicata su Science Advances.

Fonti di riferimento: Queen Mary University of London / Science Advances

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Roberta De Carolis ha una laurea e un dottorato in Chimica, e ha conseguito un Master in comunicazione scientifica. Giornalista pubblicista, scrive per GreenMe dal 2010.
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