En un experimento que suena a ciencia ficción, investigadores del CERN han conseguido medir con un elevado grado de precisión la velocidad a la que viaja el sonido en el plasma de quark-gluones. Un estado de la materia exótico, no, lo siguiente, que solo se presenta en condiciones extremas –como, probablemente, en el núcleo de las estrellas de neutrones masivas– en el que los gluones y los quarks se mueven libremente dando lugar a una especie de sopa que se comporta como un líquido perfecto.

Para obtener este valor, en primer lugar los investigadores procedieron a hacer colisionar núcleos de un átomo pesado como el plomo a velocidades relativistas en el LHC, el acelerador de partículas del CERN. Unas colisiones en las que durante una fracción de segundo se pone en juego una descomunal cantidad de energía concentrada en un volumen del tamaño de un núcleo atómico. Una densidad energética tal que derrite los protones y neutrones y permite liberar los gluones y quarks, las partículas más elementales de la materia que los componen.

Una vez generado el plasma de quarks-gluones, la velocidad del sonido se determinó midiendo la variación de la temperatura en función de la variación de la entropía. La variación de la entropía fue inferida a partir de las partículas con carga eléctrica emitidas durante las colisiones. Mientras que la variación de la temperatura se determinó a partir de la medición del momento transverso promedio de esas mismas partículas. Procediendo de este modo, los científicos del CERN obtuvieron un valor para la velocidad del sonido en ese medio de casi la mitad de la velocidad de la luz.

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La explicación en detalle del procedimiento empleado escapa a los propósitos de este texto, ya que requiere conocimientos de física avanzada. No obstante, a ojos de un detective de la ciencia lo más atractivo es que el experimento pone a los investigadores responsables en la senda de otros científicos y experimentos pioneros para determinar la velocidad del sonido en diferentes medios; y tan de ciencia ficción para la época como el que ahora nos ocupa.

Así, el físico francés Pierre Gassendi, a principios del siglo XVII efectuó el primer experimento documentado para determinar la velocidad del sonido en el aire. Para ello Gassendi partió de la premisa de que la velocidad de la luz era mucho mayor que la del sonido y que, por tanto, la luz provocada por una explosión a cierta distancia nos llega de forma instantánea. Y con esto en mente procedió a comparar la diferencia de tiempo entre la deflagración provocada por un disparo y el sonido de la detonación. De este modo calculó un valor de 478,4 m/s.

Solo unos años más tarde, en 1650, los físicos italianos Borelli y Viviani obtendrían un valor mucho más ajustado, de 350 m/s, tras replicar el experimento. Aunque a Gassendi le queda el indudable honor, no solo de haber sido pionero entre pioneros, sino también de haber deducido acertadamente que la velocidad del sonido es independiente de la frecuencia.

En 1813, el físico francés François Beudant efectuó el primer experimento para medir la velocidad del sonido en el agua salada de la costa marsellesa. Para ello dispuso a dos observadores en barcas separados cierta distancia entre sí y con relojes sincronizados. En uno de los botes, un acompañante golpeaba una campana sumergida bajo el agua al mismo tiempo que levantaba una bandera. Mientras en la otra barca, el segundo observador estaba acompañado de un buceador que, al percibir el sonido, le hacia una señal. Beudant efectuó numerosas mediciones repitiendo el experimento, puesto que las condiciones en las que efectuaba las medidas no eran muy exactas y, de este modo, pudo calcular una velocidad del sonido en el agua de mar de 1.500 m/s en promedio, un valor muy ajustado al real.

Inspirados por los experimentos de su colega francés, en 1826 el físico suizo Jean-Daniel Colladon y su compatriota y matemático Charles-Francois Sturm efectuaron la primera medición rigurosa de la velocidad del sonido a través del agua (dulce). 

Para ello diseñaron un experimento en el lago Ginebra en el cual cada uno de ellos se situaba en una barca con una distancia de 10 millas entre ambas. Una de las embarcaciones montaba un dispositivo que accionaba de forma simultánea el disparo de una arma –a fin de observar la deflagración instantánea– y el impacto de un mazo sobre una campana localizada bajo la superficie del agua. La otra embarcación montaba un largo tubo hueco rematado con un embudo u oreja –inspirado por un diseño de Leonardo Da Vinci– para escuchar el sonido a través del agua. Procediendo de este modo, Colladon y Sturm calcularon una velocidad del sonido en agua dulce (y a la temperatura de 8ºC) de 1.435 m/s.

Físicos en el alambre

Hubo que esperar a principios del siglo XIX para estimar la velocidad del sonido a través de un medio sólido. En 1808 el también físico francés Jean-Baptiste Biot descendió a los subterráneos de París para calcular la velocidad del sonido a través de una tubería de hierro de 1 kilómetro de largo comparando el tiempo transcurrido entre la deflagración de un disparo de un arma apoyada sobre el tubo y el momento en que percibía la vibración de este producida por el impacto.

En esa misma época, y según el testimonio del físico alemán Ernst Chladni, los científicos daneses Johann Herlholdt y Carl Gottlob Rafn dispusieron un experimento aún más espectacular: consistía en un alambre metálico de 600 pies tensado, uno de cuyos extremos se fijaba a un platillo metálico y el otro era sujetado entre los dientes por uno de los investigadores quien, una vez que se golpeaba el platillo, tenía que indicar cuándo percibía la vibración en las mandíbulas y cuándo escuchaba el sonido a través del aire.

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