Am schnellsten in metallischem Wasserstoff: Forscher haben erstmals die Obergrenze der Schallgeschwindigkeit ermittelt. Sie liegt demnach bei rund 36 Kilometern pro Sekunde und wird in Feststoffen mit kleinen Atomen und hoher Dichte erreicht – beispielsweise dem metallischen Wasserstoff im Jupiterkern. Errechnet haben die Wissenschaftler dies mithilfe zweier Naturkonstanten, denn messen lässt sich dieses Schallmaximum bislang nicht.
Die Lichtgeschwindigkeit kennen wir seit Albert Einstein – und dank ihm wissen wir, dass nichts schneller sein kann als sie. Doch beim Schall ist dies weniger einfach. Klar ist, dass das Ausbreitungstempo von Schallwellen entscheidend vom Medium abhängt: In der Luft pflanzt sich der Schall etwa mit 340 Metern pro Sekunde fort, je nach Temperatur, Druck und Dichte der Atmosphäre. Fliegt ein Düsenjet schneller als das, bildet sich ein Kegel aus hinterherhängenden, komprimierten Schallwellen – ein Überschallknall ist die Folge.
In Feststoffen kann der Schall jedoch weit höhere Geschwindigkeiten als in Gasen oder Flüssigkeiten erreichen. Deshalb hört man beispielsweise einen herannahenden Zug zuerst am Geräusch der Schienen, erst dann über den Luftschall. Doch wie schnell der Schall in solchen festen Materialien werden kann, war bislang unklar. Bekannt war nur, dass das Schalltempo in Festkörpern von der Dichte und den elastischen Eigenschaften abhängt, diese wiederum werden unter anderem vom Atomtyp und der Bindung beeinflusst.
Zwei Naturkonstanten als Maßgeber
Um die maximale Schallgeschwindigkeit herauszufinden, haben Kostya Trachenko von der Queen Mary University of London und seine Kollegen nun einen ungewöhnlichen Weg gewählt: Sie nutzen nur zwei Naturkonstanten, um daraus auf die schnellstmögliche Schallbewegung zu schließen. Die erste ist die Feinstrukturkonstante, die die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung angibt. Die zweite Konstante ist das Massenverhältnis von Proton und Elektron.
