Een onderzoekssamenwerking tussen de Queen Mary University of London, de University of Cambridge en het Institute for High Pressure Physics in Troitsk hebben de snelst mogelijke geluidssnelheid ontdekt.

Het resultaat - ongeveer 36 km per seconde - is ongeveer twee keer zo snel als de geluidssnelheid in diamant, het hardst bekende materiaal ter wereld.

Golven, zoals geluids- of lichtgolven, zijn verstoringen die energie van de ene plaats naar de andere verplaatsen. Geluidsgolven kunnen door verschillende media reizen, zoals lucht of water, en bewegen met verschillende snelheden, afhankelijk van waar ze doorheen reizen. Bijvoorbeeld, ze bewegen zich veel sneller door vaste stoffen dan door vloeistoffen of gassen, daarom kun je een naderende trein veel sneller horen als je luistert naar het geluid dat zich in het spoor voortplant in plaats van door de lucht.

De speciale relativiteitstheorie van Einstein bepaalt de absolute snelheidslimiet waarmee een golf kan reizen, namelijk de snelheid van het licht, en is gelijk aan ongeveer 300, 000 km per seconde. Het was echter tot nu toe niet bekend of geluidsgolven ook een maximumsnelheid hebben bij het reizen door vaste stoffen of vloeistoffen.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , laat zien dat het voorspellen van de bovengrens van de geluidssnelheid afhankelijk is van twee dimensieloze fundamentele constanten:de fijne structuurconstante en de proton-tot-elektron massaverhouding.

Van deze twee getallen is al bekend dat ze een belangrijke rol spelen bij het begrijpen van ons universum. Hun nauwkeurig afgestemde waarden bepalen kernreacties zoals protonverval en kernsynthese in sterren en de balans tussen de twee getallen zorgt voor een smalle 'bewoonbare zone' waar sterren en planeten zich kunnen vormen en levensondersteunende moleculaire structuren kunnen ontstaan. Echter, de nieuwe bevindingen suggereren dat deze twee fundamentele constanten ook andere wetenschappelijke gebieden kunnen beïnvloeden, zoals materiaalkunde en fysica van de gecondenseerde materie, door grenzen te stellen aan specifieke materiaaleigenschappen zoals de geluidssnelheid.

De wetenschappers testten hun theoretische voorspelling op een breed scala aan materialen en gingen in op een specifieke voorspelling van hun theorie dat de geluidssnelheid zou moeten afnemen met de massa van het atoom. Deze voorspelling houdt in dat het geluid het snelst is in vaste atomaire waterstof. Echter, waterstof is een atomaire vaste stof bij zeer hoge druk boven 1 miljoen atmosfeer alleen, druk vergelijkbaar met die in de kern van gasreuzen zoals Jupiter. Bij die druk, waterstof wordt een fascinerende metalen vaste stof die elektriciteit geleidt, net als koper en er wordt voorspeld dat het een supergeleider bij kamertemperatuur is. Daarom, onderzoekers voerden state-of-the-art kwantummechanische berekeningen uit om deze voorspelling te testen en ontdekten dat de geluidssnelheid in vaste atomaire waterstof dicht bij de theoretische fundamentele limiet ligt.

Professor Chris Pickard, Hoogleraar materiaalkunde aan de Universiteit van Cambridge, zei:"Geluidsgolven in vaste stoffen zijn al enorm belangrijk op veel wetenschappelijke gebieden. seismologen gebruiken geluidsgolven die zijn geïnitieerd door aardbevingen diep in het binnenste van de aarde om de aard van seismische gebeurtenissen en de eigenschappen van de samenstelling van de aarde te begrijpen. Ze zijn ook interessant voor materiaalwetenschappers omdat geluidsgolven verband houden met belangrijke elastische eigenschappen, waaronder het vermogen om stress te weerstaan."