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Les physiciens enregistrent la vitesse du son la plus rapide possible

Les scientifiques ont découvert la vitesse du son la plus rapide possible, une vitesse de 22 miles (36 kilomètres) par seconde.

Les ondes sonores se déplacent à des vitesses différentes dans les solides, les liquides et les gaz, et dans ces états de la matière – par exemple, elles se déplacent plus rapidement dans des liquides plus chauds que dans des liquides plus froids. Le physicien Kostya Trachenko de l’Université Queen Mary de Londres et ses collègues voulaient déterminer les limites supérieures de la vitesse à laquelle le son pouvait voyager.

Cet exercice était en grande partie théorique: les chercheurs ont constaté que la réponse, qui est environ deux fois plus rapide que le son se déplace à travers le diamant solide, dépend de certains nombres fondamentaux dans l’univers. La première est la constante de structure fine, qui est un nombre qui décrit la force électromagnétique qui maintient ensemble les particules élémentaires telles que les électrons et les protons. (Il se trouve que c’est environ 1/137.) Le second est le rapport de masse proton-électron d’un matériau, qui, comme il sonne, est le rapport de la masse des protons et de la masse des électrons dans la structure atomique du matériau .

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Il n’est pas possible de tester cette vitesse maximale théorique dans le monde réel, car les mathématiques prédit que le son se déplace à sa vitesse maximale dans les atomes de masse la plus basse. L’atome de masse la plus basse est l’hydrogène, mais l’hydrogène n’est pas solide – à moins qu’il ne soit soumis à une pression de super-duper qui est un million de fois plus forte que celle de l’atmosphère terrestre. Cela peut se produire au cœur d’une géante gazeuse comme Jupiter, mais cela ne se produit nulle part à proximité où des tests scientifiques sont possibles.

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Au lieu de cela, Trachenko et ses collègues se sont tournés vers la mécanique quantique et les mathématiques pour calculer ce qui arriverait à un son qui traverse un atome d’hydrogène solide. Ils ont constaté que le son pouvait se déplacer près de la limite théorique de 79 200 mph (127 460 km / h), confirmant leurs calculs initiaux. En revanche, la vitesse du son dans l’air est d’environ 1235 km / h.

Le mouvement du son dans des environnements aussi extrêmes et spécifiques peut sembler sans importance, mais comme les ondes sonores voyagent des vibrations de molécules, la vitesse du son est liée à de nombreuses autres propriétés des matériaux, telles que la capacité à résister au stress, co-auteur de l’étude Chris Pickard, un scientifique des matériaux à l’Université de Cambridge, a déclaré dans un communiqué. Ainsi, comprendre les principes fondamentaux du son pourrait aider à éclairer d’autres propriétés fondamentales des matériaux dans des circonstances extrêmes, a ajouté Trachenko dans la déclaration.

Par exemple, des recherches antérieures ont suggéré que l’hydrogène atomique solide pourrait être un supraconducteur. Connaître ses propriétés fondamentales pourrait donc être important pour les futures recherches sur la supraconductivité. Le son pourrait également en révéler plus sur le mélange chaud de quarks et de gluons qui composaient l’univers un instant après le Big Bang, et pourrait être appliqué à l’étrange physique autour des puits de gravité qui sont des trous noirs. (D’autres chercheurs ont étudié les «trous noirs sonores» pour mieux comprendre ces objets cosmiques.)

«Nous pensons que les résultats de cette étude pourraient avoir d’autres applications scientifiques en nous aidant à trouver et à comprendre les limites de différentes propriétés, telles que la viscosité et la conductivité thermique, pertinentes pour la supraconductivité à haute température, le plasma quark-gluon et même la physique des trous noirs, « A déclaré Trachenko.

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Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes le 9 octobre dans la revue Science Advances.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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