Ett forskningssamarbete mellan Queen Mary University of London, University of Cambridge och Institute for High Pressure Physics i Troitsk har upptäckt den snabbaste möjliga ljudhastigheten.

Resultatet- cirka 36 km per sekund- är ungefär dubbelt så snabbt som ljudets hastighet i diamant, det svåraste kända materialet i världen.

Vågor, såsom ljud- eller ljusvågor, är störningar som flyttar energi från en plats till en annan. Ljudvågor kan färdas genom olika medier, som luft eller vatten, och rör sig i olika hastigheter beroende på vad de reser genom. Till exempel, de rör sig genom fasta ämnen mycket snabbare än de skulle genom vätskor eller gaser, det är därför du kan höra ett närmande tåg mycket snabbare om du lyssnar på ljudet som sprider sig i järnvägsspåret snarare än genom luften.

Einsteins teori om särskild relativitet sätter den absoluta hastighetsgräns vid vilken en våg kan färdas, vilket är ljusets hastighet, och är ungefär 300, 000 km per sekund. Men hittills var det inte känt om ljudvågor också har en övre hastighetsgräns när de färdas genom fasta ämnen eller vätskor.

Studien, publicerad i tidningen Vetenskapliga framsteg , visar att förutsägelse av den övre gränsen för ljudets hastighet är beroende av två dimensionslösa grundkonstanter:den fina strukturkonstanten och proton-till-elektronmassförhållandet.

Dessa två siffror är redan kända för att spela en viktig roll för att förstå vårt universum. Deras finjusterade värden styr kärnreaktioner som protonförfall och nukleär syntes i stjärnor och balansen mellan de två talen ger en smal 'beboelig zon' där stjärnor och planeter kan bildas och livsbärande molekylära strukturer kan växa fram. Dock, de nya fynden tyder på att dessa två grundläggande konstanter också kan påverka andra vetenskapliga områden, såsom materialvetenskap och kondensmaterialfysik, genom att sätta gränser för specifika materialegenskaper som ljudets hastighet.

Forskarna testade sin teoretiska förutsägelse på ett brett spektrum av material och tog upp en specifik förutsägelse för deras teori att ljudets hastighet skulle minska med atomens massa. Denna förutsägelse innebär att ljudet är det snabbaste i fast atomväte. Dock, väte är ett atomärt fast ämne vid mycket högt tryck över endast 1 miljon atmosfärer, tryck jämförbart med trycket i kärnan av gasjättar som Jupiter. Vid dessa påtryckningar, väte blir ett fascinerande metalliskt fast ledande elektricitet precis som koppar och förutspås vara en superledare vid rumstemperatur. Därför, forskare utförde state-of-the-art kvantmekaniska beräkningar för att testa denna förutsägelse och fann att ljudets hastighet i fast atomväte är nära den teoretiska grundgränsen.

Professor Chris Pickard, Professor i materialvetenskap vid University of Cambridge, sade:"Ljudvågor i fasta ämnen är redan oerhört viktiga inom många vetenskapliga områden. Till exempel, seismologer använder ljudvågor som initierats av jordbävningar djupt i jordens inre för att förstå arten av seismiska händelser och egenskaperna hos jordens sammansättning. De är också av intresse för materialforskare eftersom ljudvågor är relaterade till viktiga elastiska egenskaper, inklusive förmågan att motstå stress. "