Los físicos han descubierto el límite máximo de velocidad del sonido

Por Leah Crane

Las ondas sonoras viajan a través de interacciones entre átomos, lo que limita su velocidad.

Alex Drai / Alamy

El límite de velocidad universal de cualquier tipo de onda, ya sea electromagnética o gravitacional, que viaja a través del vacío se conoce desde que Albert Einstein desarrolló su teoría de la relatividad especial en 1905. Pero la velocidad máxima del sonido que se mueve a través de un sólido o un líquido se acaba calculado por primera vez. Es de unos 36 kilómetros por segundo, más de 8000 veces menor que la velocidad de la luz en el vacío.

Para hacer este cálculo, Kostya Trachenko de la Universidad Queen Mary de Londres y sus colegas comenzaron con dos constantes físicas bien conocidas: la proporción de masa de protones a la masa del electrón, y la constante de estructura fina, que caracteriza la fuerza de las interacciones entre partículas cargadas.

Trachenko dice que tenemos una idea bastante clara de estos valores, porque si se cambiaran siquiera un poco, el universo no se vería en absoluto como lo hace. “Si cambia estas constantes en un pequeño porcentaje, entonces el protón podría dejar de ser estable, y es posible que ni siquiera tenga los procesos en las estrellas que resultan en la síntesis de elementos pesados, por lo que no habría carbono, no habría vida”. él dice.

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El sonido es una onda que se propaga al hacer que las partículas vecinas interactúen entre sí, por lo que su velocidad depende de la densidad de un material y de cómo se unen los átomos que contiene. Los átomos solo pueden moverse tan rápido y la velocidad del sonido está limitada por ese movimiento.

Trachenko y sus colegas utilizaron ese hecho junto con la relación de masa protón-electrón y la constante de estructura fina para calcular la velocidad máxima a la que el sonido podría viajar teóricamente en cualquier líquido o sólido: unos 36 kilómetros por segundo.

“La sabiduría común era que el diamante tiene la velocidad de sonido más alta, porque es el material más duro, pero no sabíamos si tenía un límite fundamental teórico”, dice Trachenko. El límite teórico es aproximadamente el doble de la velocidad del sonido en un diamante.

La velocidad del sonido también depende de la masa de los átomos en el material, por lo que los investigadores predijeron que el hidrógeno metálico sólido, un material que teóricamente existe en el centro de los planetas gigantes, pero para el cual se han obtenido pruebas de laboratorio muy disputado – debe tener la mayor velocidad de sonido. Calcularon que debería estar cerca del límite teórico. También observaron datos experimentales de 133 materiales y encontraron que ninguno de ellos rompió el límite.

Sin embargo, Graeme Ackland de la Universidad de Edimburgo en el Reino Unido dice que no está claro que los cálculos produzcan un límite de velocidad. “Puedes usar estas constantes fundamentales para obtener algo con unidades de velocidad, pero no puedo ver una buena razón fundamental de por qué es un límite. No estoy completamente convencido “. Él dice que se necesita más trabajo para encontrar exactamente cómo se aplica al sonido que se mueve a través de elementos más pesados.

Referencia de la revista: Avances científicos, DOI: 10.1126 / sciadv.abc8662

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