Algunos de los principales problemas no resueltos en física son teóricos, lo que significa que las teorías existentes parecen incapaces de explicar un determinado fenómeno observado o resultado experimental. Los otros son experimentales, lo que significa que existe dificultad para crear un experimento para probar una teoría propuesta o investigar un fenómeno con mayor detalle.
Teoría del todo : ¿Existe un marco teórico de la física singular, coherente y que lo abarque todo, que explique y vincule completamente todos los aspectos físicos del universo ?
Constantes físicas adimensionales : en la actualidad, no se pueden calcular los valores de varias constantes físicas adimensionales; sólo pueden determinarse mediante mediciones físicas. [5] [6] ¿Cuál es el número mínimo de constantes físicas adimensionales de las cuales se pueden derivar todas las demás constantes físicas adimensionales? ¿Son necesarias las constantes físicas dimensionales?
Agujeros negros , paradoja de la información de los agujeros negros y radiación de los agujeros negros : ¿Producen los agujeros negros radiación térmica, como se esperaba desde el punto de vista teórico? [8] ¿Esta radiación contiene información sobre su estructura interna, como lo sugiere la dualidad calibre-gravedad , o no, como lo implica el cálculo original de Hawking ? Si no es así y los agujeros negros pueden evaporarse, ¿qué sucede con la información almacenada en ellos (ya que la mecánica cuántica no prevé la destrucción de información)? ¿O la radiación se detiene en algún momento, dejando restos de agujeros negros? ¿Existe otra forma de investigar de alguna manera su estructura interna, si es que tal estructura existe ?
Principio holográfico : ¿Es cierto que la gravedad cuántica admite una descripción de dimensiones inferiores que no contiene gravedad? Un ejemplo bien comprendido de holografía es la correspondencia AdS/CFT en la teoría de cuerdas . De manera similar, ¿se puede entender la gravedad cuántica en un espacio de De Sitter utilizando la correspondencia dS/CFT ? ¿Se puede generalizar ampliamente la correspondencia AdS/CFT a la dualidad calibre-gravedad para fondos espacio-temporales asintóticos arbitrarios? ¿Existen otras teorías de la gravedad cuántica además de la teoría de cuerdas que admitan una descripción holográfica?
Espaciotiempo cuántico o el surgimiento del espaciotiempo: ¿Es la naturaleza del espaciotiempo en la escala de Planck muy diferente del espaciotiempo dinámico clásico continuo que existe en la Relatividad General? En la gravedad cuántica de bucles, se postula que el espacio-tiempo es discreto desde el principio. En la teoría de cuerdas, aunque originalmente el espacio-tiempo se consideraba igual que en la relatividad general (con la única diferencia de la supersimetría ), investigaciones recientes basadas en la conjetura de Ryu-Takayanagi han enseñado que el espacio-tiempo en la teoría de cuerdas surge mediante el uso de conceptos teóricos de información cuántica como el entrelazamiento. entropía en la correspondencia AdS/CFT. [10] Sin embargo, aún no se comprende bien cómo surge exactamente el familiar espacio-tiempo clásico dentro de la teoría de cuerdas o la correspondencia AdS/CFT.
Problema del tiempo : en la mecánica cuántica, el tiempo es un parámetro de fondo clásico y el flujo del tiempo es universal y absoluto. En la relatividad general, el tiempo es un componente del espacio-tiempo de cuatro dimensiones , y el flujo del tiempo cambia según la curvatura del espacio-tiempo y la trayectoria espacio-temporal del observador. ¿Cómo pueden conciliarse estos dos conceptos de tiempo? [11]
Teoría cuántica de campos (esta es una generalización del problema anterior): ¿Es posible construir, de manera matemáticamente rigurosa, una teoría cuántica de campos en un espacio-tiempo de 4 dimensiones que incluya interacciones y no recurra a métodos perturbativos ?
Cosmología y relatividad general.
Eje del mal : Algunas características grandes del cielo de microondas a distancias de más de 13 mil millones de años luz parecen estar alineadas tanto con el movimiento como con la orientación del sistema solar. ¿Se debe esto a errores sistemáticos en el procesamiento, contaminación de los resultados por efectos locales, una violación inexplicable del principio copernicano y, por tanto, del modelo de concordancia , o son estas características simplemente estadísticamente insignificantes?
Universo afinado : Los valores de las constantes físicas fundamentales se encuentran en un rango estrecho necesario para sustentar la vida basada en el carbono. [13] [14] [15] ¿Es esto porque hay una cantidad infinita de otros universos con diferentes constantes, o las constantes de nuestro universo son el resultado del azar o de algún otro factor o proceso? (Véase también el principio antrópico ).
Tamaño del universo : El diámetro del universo observable es de unos 93 mil millones de años luz, pero ¿cuál es el tamaño de todo el universo? ¿Es el universo infinito?
Principio copernicano : ¿Las observaciones cosmológicas realizadas desde la Tierra son representativas de las observaciones realizadas desde la posición promedio en el universo?
Energía oscura : ¿Cuál es la causa de la expansión acelerada del universo observada (la fase de Sitter )? ¿Se interpretan correctamente las observaciones como la expansión acelerada del universo , o son evidencia de que el principio cosmológico es falso? [21] [22] ¿Por qué la densidad de energía del componente de energía oscura es de la misma magnitud que la densidad de la materia en la actualidad cuando las dos evolucionan de manera muy diferente con el tiempo? ¿Podría ser simplemente que estemos observando exactamente en el momento adecuado ? ¿Es la energía oscura una constante cosmológica pura o son aplicables modelos de quintaesencia como la energía fantasma ?
Flujo oscuro : ¿Es una atracción gravitacional no esféricamente simétrica desde fuera del universo observable responsable de parte del movimiento observado de objetos grandes, como los cúmulos galácticos en el universo?
Forma del universo : ¿Cuál es la variedad 3 del espacio como móvil , es decir, de una sección espacial como móvil del universo, informalmente llamada "forma" del universo? Actualmente no se conocen ni la curvatura ni la topología, aunque se sabe que la curvatura es "cerca" de cero en escalas observables. La hipótesis de la inflación cósmica sugiere que la forma del universo puede ser inmensurable, pero, desde 2003, Jean-Pierre Luminet , et al., y otros grupos han sugerido que la forma del universo puede ser el espacio dodecaédrico de Poincaré . ¿Es la forma inconmensurable? el espacio Poincaré; ¿U otro 3 colectores?
Dimensiones extra : ¿Tiene la naturaleza más de cuatro dimensiones espacio-temporales ? Si es así, ¿cuál es su tamaño? ¿Son las dimensiones una propiedad fundamental del universo o un resultado emergente de otras leyes físicas? ¿Podemos observar experimentalmente evidencia de dimensiones espaciales superiores?
Monopolos magnéticos : ¿Existieron partículas que transportan "carga magnética" en alguna época pasada de mayor energía? Si es así, ¿queda alguno hoy? ( Paul Dirac demostró que la existencia de algunos tipos de monopolos magnéticos explicaría la cuantificación de carga ) .
Enigma de la vida útil de los neutrones : si bien la vida útil de los neutrones se ha estudiado durante décadas, actualmente existe una falta de certeza sobre su valor exacto, debido a los diferentes resultados de dos métodos experimentales ("botella" versus "haz"). [26] [b]
Decaimiento del protón y crisis de espín : ¿Es el protón fundamentalmente estable? ¿O decae con una vida finita como lo predicen algunas extensiones del modelo estándar? [27] ¿Cómo transportan los quarks y gluones el giro de los protones? [28]
Gran Unificación: ¿Son las fuerzas electromagnéticas y nucleares aspectos diferentes de una Gran Teoría Unificada ? Si es así, ¿qué simetría gobierna esta fuerza y sus comportamientos? [29]
Supersimetría : ¿Se realiza la supersimetría del espacio-tiempo a escala TeV ? Si es así, ¿cuál es el mecanismo de ruptura de la supersimetría? ¿La supersimetría estabiliza la escala electrodébil, evitando altas correcciones cuánticas? ¿La partícula supersimétrica más ligera ( LSP ) comprende materia oscura ?
El vacío QCD : Muchas de las ecuaciones en QCD no perturbativa están actualmente sin resolver. Estas energías son las energías suficientes para la formación de núcleos atómicos . ¿Cómo entonces la QCD de baja energía da lugar a la formación de núcleos complejos y constituyentes nucleares? [ cita necesaria ]
Generaciones de materia : ¿Por qué hay tres generaciones de quarks y leptones ? ¿Existe alguna teoría que pueda explicar las masas de quarks y leptones particulares en generaciones particulares a partir de los primeros principios (una teoría de los acoplamientos de Yukawa )? [31]
Masa de neutrinos : ¿Cuál es la masa de los neutrinos, ya sea que sigan las estadísticas de Dirac o Majorana ? ¿La jerarquía de masas es normal o está invertida? ¿La fase de violación del CP es igual a 0? [32] [33]
Anomalía de antineutrinos en reactores: existe una anomalía en el conjunto de datos existente sobre el flujo de antineutrinos de los reactores nucleares de todo el mundo. Los valores medidos de este flujo parecen ser sólo el 94% del valor esperado en teoría. [34] Se desconoce si esto se debe a físicas desconocidas (como neutrinos estériles ), errores experimentales en las mediciones o errores en los cálculos de flujo teórico. [35]
Momento dipolar magnético anómalo : ¿Por qué el valor medido experimentalmente del momento dipolar magnético anómalo del muón ("muón g − 2 ") es significativamente diferente del valor predicho teóricamente de esa constante física? [36]
Pentaquarks y otros hadrones exóticos : ¿Qué combinaciones de quarks son posibles? ¿Por qué fueron tan difíciles de descubrir los pentaquarks? [37] ¿Son un sistema estrechamente unido de cinco partículas elementales, o un par más débilmente unido de un barión y un mesón ? [38]
Problema de Mu : Un problema en teorías supersimétricas , relacionado con la comprensión de las razones de los valores de los parámetros de la teoría.
Fórmula Koide : Un aspecto del problema de la generación de partículas . La suma de las masas de los tres leptones cargados , dividida por el cuadrado de la suma de las raíces de estas masas, dentro de una desviación estándar de las observaciones, es Q = 2 ⁄ 3 . Se desconoce cómo se obtiene un valor tan simple y por qué es la media aritmética exacta de los posibles valores extremos de 1 /3(masas iguales) y 1 (una masa domina).
Bolas de pegamento : ¿existen en la naturaleza? ¿Qué configuraciones de ellos son estables?
Astronomía y astrofísica.
Ciclo solar : ¿Cómo genera el Sol su campo magnético a gran escala que se invierte periódicamente? ¿Cómo generan sus campos magnéticos otras estrellas similares al Sol y cuáles son las similitudes y diferencias entre los ciclos de actividad estelar y el del Sol? [39] ¿Qué causó el Mínimo de Maunder y otros grandes mínimos, y cómo se recupera el ciclo solar de un estado de mínimos?
Chorro astrofísico : ¿Por qué sólo ciertos discos de acreción que rodean ciertos objetos astronómicos emiten chorros relativistas a lo largo de sus ejes polares? ¿ Por qué se producen oscilaciones casi periódicas en muchos discos de acreción? [40] ¿Por qué el período de estas oscilaciones escala como el inverso de la masa del objeto central? [41] ¿Por qué a veces hay armónicos y por qué aparecen en diferentes proporciones de frecuencia en diferentes objetos? [42]
Bandas interestelares difusas : ¿A qué se debe las numerosas líneas de absorción interestelar detectadas en los espectros astronómicos? ¿Son de origen molecular y, de ser así, qué moléculas son responsables de ellos? ¿Cómo se forman?
Agujeros negros supermasivos : ¿Cuál es el origen de la relación M-sigma entre la masa de un agujero negro supermasivo y la dispersión de la velocidad de las galaxias? [43] ¿Cómo hicieron los quásares más distantes hacer crecer sus agujeros negros supermasivos hasta 10 10 masas solares tan temprano en la historia del universo?
Acantilado de Kuiper : ¿Por qué el número de objetos en el cinturón de Kuiper del Sistema Solar cae rápida e inesperadamente más allá de un radio de 50 unidades astronómicas?
Problema de rotación de galaxias : ¿Es la materia oscura responsable de las diferencias en la velocidad teórica y observada de las estrellas que giran alrededor del centro de las galaxias, o es algo más?
Supernovas : ¿Cuál es el mecanismo exacto por el cual la implosión de una estrella moribunda se convierte en explosión?
Núcleos p : ¿Qué proceso astrofísico es responsable de la nucleogénesis de estos isótopos raros?
Rayos cósmicos de energía ultraalta : [17] ¿Por qué algunos rayos cósmicos parecen poseer energías que son increíblemente altas, dado que no hay fuentes de rayos cósmicos suficientemente energéticas cerca de la Tierra? ¿Por qué (aparentemente) algunos rayos cósmicos emitidos por fuentes distantes tienen energías superiores al límite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin ? [44] [17]
Velocidad de rotación de Saturno : ¿Por qué la magnetosfera de Saturno exhibe una periodicidad (que cambia lentamente) cercana a aquella con la que giran las nubes del planeta? ¿Cuál es la verdadera tasa de rotación del interior profundo de Saturno? [45]
Anisotropía a gran escala : ¿Es el universo anisotrópico a escalas muy grandes , lo que hace que el principio cosmológico sea una suposición inválida? El recuento de números y la anisotropía dipolar de intensidad en radio, catálogo NRAO VLA Sky Survey (NVSS) [46] es inconsistente con el movimiento local derivado del fondo cósmico de microondas [47] [48] e indica una anisotropía dipolar intrínseca. Los mismos datos de radio NVSS también muestran un dipolo intrínseco en la densidad de polarización y el grado de polarización [49] en la misma dirección que en el recuento numérico y la intensidad. Hay varias otras observaciones que revelan anisotropía a gran escala. La polarización óptica de los cuásares muestra una alineación de polarización en una escala muy grande de Gpc. [50] [51] [52] Los datos de fondo cósmico de microondas muestran varias características de anisotropía, [53] [54] [55] [56] que no son consistentes con el modelo del Big Bang .
Relación edad-metalicidad en el disco galáctico: ¿Existe una relación universal edad-metalicidad (AMR) en el disco galáctico (tanto las partes "delgadas" como las "gruesas" del disco)? Aunque en el disco local (principalmente delgado) de la Vía Láctea no hay evidencia de una AMR fuerte, [57] se ha utilizado una muestra de 229 estrellas de disco "gruesas" cercanas para investigar la existencia de una relación edad-metalicidad en el Disco grueso galáctico, e indican que existe una relación edad-metalicidad presente en el disco grueso. [58] [59] Las edades estelares de la astrosismología confirman la falta de una relación fuerte entre edad y metalicidad en el disco galáctico. [60]
El problema del litio : ¿Por qué existe una discrepancia entre la cantidad de litio-7 que se predice que se producirá en la nucleosíntesis del Big Bang y la cantidad observada en estrellas muy antiguas? [61]
Ráfagas de radio rápidas (FRB): ¿Qué causa estos pulsos de radio transitorios de galaxias distantes, que duran solo unos pocos milisegundos cada uno? ¿Por qué algunos FRB se repiten a intervalos impredecibles, pero la mayoría no? Se han propuesto decenas de modelos, pero ninguno ha sido ampliamente aceptado. [62]
¿Los vacíos en el espacio están vacíos o consisten en materia transparente? [63] [64] [65] [66]
Física nuclear
Cromodinámica cuántica : ¿Cuáles son las fases de la materia que interactúa fuertemente y qué papel desempeñan en la evolución del cosmos ? ¿Cuál es la estructura partónica detallada de los nucleones ? ¿Qué predice la QCD para las propiedades de la materia que interactúa fuertemente? ¿Qué determina las características clave de QCD y cuál es su relación con la naturaleza de la gravedad y el espacio-tiempo ? ¿ QCD realmente carece de violaciones de CP ?
Plasma de quarks-gluones : ¿Dónde se produce el inicio del desconfinamiento : 1) en función de la temperatura y de los potenciales químicos? 2) ¿en función de la energía relativista de colisión de iones pesados y el tamaño del sistema? ¿Cuál es el mecanismo por el que la energía y el número bariónico se detienen y conducen a la creación de plasma de quarks y gluones en colisiones relativistas de iones pesados? ¿Por qué la hadronización repentina y el modelo estadístico de hadronización son una descripción casi perfecta de la producción de hadrones a partir del plasma de quarks-gluones? ¿ Se conserva el sabor de los quarks en el plasma de quarks-gluones? ¿Están la extrañeza y el encanto en equilibrio químico en el plasma de quarks y gluones? ¿La extrañeza en el plasma de quarks y gluones fluye a la misma velocidad que los sabores de quarks hacia arriba y hacia abajo? ¿ Por qué la materia desconfinada muestra un flujo ideal ?
Modelos específicos de formación de plasma de quarks-gluones: ¿Se saturan los gluones cuando su número de ocupación es grande? ¿ Los gluones forman un sistema denso llamado condensado de vidrio de color ? ¿Cuáles son las firmas y evidencias de las ecuaciones de evolución de Balitsky-Fadin-Kuarev- Limatov , Balitsky-Kovchegov, Catani-Ciafaloni-Fiorani-Marchesini?
Flujo turbulento : ¿Es posible hacer un modelo teórico para describir las estadísticas de un flujo turbulento (en particular, sus estructuras internas)? [44]
Contaminación aguas arriba : Al verter agua de un recipiente superior a uno inferior, las partículas que flotan en este último pueden subir al recipiente superior. Aún falta una explicación definitiva para este fenómeno.
Convección granular : ¿por qué un material granular sometido a sacudidas o vibraciones exhibe patrones de circulación similares a los tipos de convección fluida ? ¿Por qué las partículas más grandes terminan en la superficie de un material granular que contiene una mezcla de objetos de varios tamaños cuando se somete a una vibración o sacudida?
Física de la Materia Condensada
Condensación de Bose-Einstein : ¿Cómo probamos rigurosamente la existencia de condensados de Bose-Einstein para sistemas generales que interactúan? [68]
Universalidad de los sólidos amorfos de baja temperatura : ¿por qué la pequeña relación adimensional entre la longitud de onda del fonón y su camino libre medio es casi la misma para una familia muy grande de sólidos desordenados? [72] [73] Esta pequeña proporción se observa para un rango muy amplio de frecuencias de fonones.
Emisión de electrones criogénica: ¿Por qué la emisión de electrones en ausencia de luz aumenta a medida que disminuye la temperatura de un fotomultiplicador ? [74] [75]
Sonoluminiscencia : ¿Qué causa la emisión de breves ráfagas de luz a partir de burbujas que implosionan en un líquido cuando se excitan con el sonido? [76] [77]
Bigotes metálicos : en los dispositivos eléctricos, a algunas superficies metálicas les pueden crecer espontáneamente finos bigotes metálicos, lo que puede provocar fallas en el equipo. Si bien se sabe que la tensión mecánica de compresión fomenta la formación de bigotes, el mecanismo de crecimiento aún no se ha determinado.
Transición superfluida en helio-4 : Explique la discrepancia entre las determinaciones experimentales [83] y teóricas [84] [85] [86] del exponente crítico de la capacidad calorífica α . [87]
Temperatura: ¿Se puede realizar la computación cuántica a temperaturas no criogénicas? ¿Podemos construir computadoras cuánticas a temperatura ambiente? [91]
Problemas de clases de complejidad: ¿Cuál es la relación entre BQP y BPP ? ¿ Cuál es la relación entre BQP y NP ? ¿Pueden los algoritmos cuánticos ir más allá del BQP? [89]
Criptografía poscuántica : ¿Podemos demostrar que algunos protocolos criptográficos son seguros contra las computadoras cuánticas? [89]
Capacidad cuántica : En general, se desconoce la capacidad de un canal cuántico. [92]
Física del plasma
Física del plasma y energía de fusión : La energía de fusión puede potencialmente proporcionar energía a partir de un recurso abundante (por ejemplo, hidrógeno) sin el tipo de desechos radiactivos que produce actualmente la energía de fisión. Sin embargo, ¿se pueden confinar los gases ionizados (plasma) durante el tiempo suficiente y a una temperatura lo suficientemente alta como para crear energía de fusión? ¿Cuál es el origen físico del modo H ? [93]
El problema de la inyección : se cree que la aceleración de Fermi es el mecanismo principal que acelera las partículas astrofísicas a alta energía. Sin embargo, no está claro qué mecanismo hace que esas partículas tengan inicialmente energías lo suficientemente altas como para que la aceleración de Fermi actúe sobre ellas. [94]
Estocasticidad y robustez al ruido en la expresión genética : ¿Cómo gobiernan los genes nuestro cuerpo, soportando diferentes presiones externas y estocasticidad interna ? Existen ciertos modelos para los procesos genéticos, pero estamos lejos de comprender el panorama completo, en particular en el desarrollo , donde la expresión genética debe estar estrictamente regulada.
Magnetorrecepción : ¿Cómo perciben los animales (por ejemplo, las aves migratorias) el campo magnético de la Tierra?
Predicción de la estructura de las proteínas : ¿Cómo se determina la estructura tridimensional de las proteínas mediante la secuencia de aminoácidos unidimensional? ¿Cómo pueden las proteínas plegarse en escalas de tiempo de microsegundos a segundos cuando el número de conformaciones posibles es astronómico y las transiciones conformacionales ocurren en escalas de tiempo de picosegundos a microsegundos? ¿Se pueden escribir algoritmos para predecir la estructura tridimensional de una proteína a partir de su secuencia? ¿Coinciden las estructuras nativas de la mayoría de las proteínas naturales con el mínimo global de energía libre en el espacio conformacional? ¿O la mayoría de las conformaciones nativas son termodinámicamente inestables, pero cinéticamente atrapadas en estados metaestables? ¿Qué impide que precipite la alta densidad de proteínas presentes en el interior de las células? [96]
Biología cuántica : ¿Se puede mantener la coherencia en los sistemas biológicos en períodos de tiempo lo suficientemente largos como para que sean funcionalmente importantes? ¿Existen aspectos no triviales de la biología o la bioquímica que sólo pueden explicarse por la persistencia de la coherencia como mecanismo?
Fundamentos de la física
Interpretación de la mecánica cuántica : ¿Cómo la descripción cuántica de la realidad, que incluye elementos como la superposición de estados y el colapso de la función de onda o la decoherencia cuántica , da lugar a la realidad que percibimos? [44] Otra forma de plantear esta cuestión se refiere al problema de la medición : ¿Qué constituye una "medición" que aparentemente hace que la función de onda colapse en un estado definido? A diferencia de los procesos físicos clásicos, algunos procesos de la mecánica cuántica (como la teletransportación cuántica que surge del entrelazamiento cuántico ) no pueden ser simultáneamente "locales", "causales" y "reales", pero no es obvio cuál de estas propiedades debe sacrificarse [97 ] o si un intento de describir los procesos de la mecánica cuántica en estos sentidos es un error de categoría tal que una comprensión adecuada de la mecánica cuántica dejaría la pregunta sin sentido. ¿ Puede la interpretación de muchos mundos resolverlo?
Flecha del tiempo (por ejemplo, la flecha del tiempo de la entropía ): ¿Por qué el tiempo tiene una dirección? ¿Por qué el universo tuvo una entropía tan baja en el pasado, y el tiempo se correlaciona con el aumento universal (pero no local) de entropía, desde el pasado y hacia el futuro, según la segunda ley de la termodinámica ? [44] ¿Por qué se observan violaciones de CP en ciertas desintegraciones de fuerzas débiles, pero no en otros lugares? ¿Son las violaciones de CP de alguna manera un producto de la segunda ley de la termodinámica, o son una flecha del tiempo separada? ¿Existen excepciones al principio de causalidad ? ¿Existe un único pasado posible? ¿Es el momento presente físicamente distinto del pasado y del futuro, o es simplemente una propiedad emergente de la conciencia ? ¿Qué vincula la flecha cuántica del tiempo con la flecha termodinámica?
Localidad : ¿Existen fenómenos no locales en la física cuántica? [98] [99] Si existen, ¿los fenómenos no locales se limitan al entrelazamiento revelado en las violaciones de las desigualdades de Bell , o la información y las cantidades conservadas también pueden moverse de manera no local? ¿En qué circunstancias se observan fenómenos no locales? ¿Qué implica la existencia o ausencia de fenómenos no locales sobre la estructura fundamental del espacio-tiempo? ¿Cómo aclara esto la interpretación adecuada de la naturaleza fundamental de la física cuántica?
Realice un experimento de prueba de Bell sin lagunas jurídicas (1970 [101] –2015): en octubre de 2015, científicos del Instituto Kavli de Nanociencia informaron que el fracaso de la hipótesis de la variable oculta local se respalda en un nivel de confianza del 96% basado en un Estudio de "prueba de Bell sin lagunas jurídicas". [102] [103] Estos resultados fueron confirmados por dos estudios con significancia estadística sobre 5 desviaciones estándar que se publicaron en diciembre de 2015. [104] [105]
Solución numérica para un agujero negro binario (décadas de 1960 a 2005): la solución numérica del problema de los dos cuerpos en la relatividad general se logró después de cuatro décadas de investigación. Tres grupos idearon técnicas innovadoras en 2005 ( annus mirabilis de la relatividad numérica ). [110]
Problema de la edad cósmica (décadas de 1920 a 1990): la edad estimada del universo era entre 3 y 8 mil millones de años más joven que las estimaciones de las edades de las estrellas más antiguas de la Vía Láctea. Mejores estimaciones de las distancias a las estrellas y el reconocimiento de la expansión acelerada del universo reconciliaron las estimaciones de edad. [ cita necesaria ]
Física de altas energías/física de partículas
Existencia de pentaquarks (1964-2015): en julio de 2015, la colaboración LHCb en el CERN identificó pentaquarks en Λ0 segundo→J/ψK − canal p , que representa la desintegración del barión lambda inferior (Λ0 segundo) en un mesón J/ψ (J/ψ) , un kaon (K− ) y un protón (p). Los resultados mostraron que a veces, en lugar de desintegrarse directamente en mesones y bariones, el Λ0 segundodesintegrado a través de estados intermedios de pentaquark. Los dos estados, denominados P+ c(4380) y P+ c(4450) , tenían significaciones estadísticas individuales de 9 σ y 12 σ, respectivamente, y una significación combinada de 15 σ, suficiente para reclamar un descubrimiento formal. Se observó que los dos estados del pentaquark decaían fuertemente a J/ψp , por lo que deben tener un contenido de valencia de dos quarks up , un quark down , un quark charm y un quark anti-charm ( tu tu d C C ), convirtiéndolos en charmonium -pentaquarks. [111]
La existencia de plasma de quarks-gluones , una nueva fase de la materia, fue descubierta y confirmada en experimentos en el CERN - SPS (2000), BNL - RHIC (2005) y CERN- LHC (2010). [112]
Origen de la masa de la mayoría de las partículas elementales: Resuelto con el descubrimiento del bosón de Higgs , lo que implica la existencia del campo de Higgs dando masa a estas partículas.
Problema de bariones faltantes (1998 [117] –2017): proclamado resuelto en octubre de 2017, con los bariones faltantes ubicados en gas intergaláctico caliente. [118] [119]
Estallidos de rayos gamma de larga duración (1993 [114] –2003): Los estallidos de larga duración están asociados con la muerte de estrellas masivas en un tipo específico de evento similar a una supernova comúnmente conocido como colapsar . Sin embargo, también hay GRB de larga duración que muestran evidencia contra una supernova asociada, como el evento Swift GRB 060614 .
El giro del núcleo de Saturno se determinó a partir de su campo gravitacional. [121]
Física nuclear
La existencia de plasma de quarks-gluones , una nueva fase de la materia, fue descubierta y confirmada en experimentos en el CERN - SPS (2000), BNL - RHIC (2005) y CERN- LHC (2010). [112]
Existencia de cristales de tiempo (2012-2016): La idea de un cristal de tiempo cuantificado fue teorizada por primera vez en 2012 por Frank Wilczek . [122] [123] En 2016, Khemani et al. [124] y Else et al. [125] , de forma independiente, sugirieron que los sistemas de espín cuántico impulsados periódicamente podrían mostrar un comportamiento similar. También en 2016, Norman Yao de Berkeley y sus colegas propusieron una forma diferente de crear cristales de tiempo discreto en sistemas de espín. [126] Esto luego fue utilizado por dos equipos, un grupo dirigido por Christopher Monroe en la Universidad de Maryland y un grupo dirigido por Mikhail Lukin en la Universidad de Harvard , quienes fueron capaces de mostrar evidencia de cristales de tiempo en el laboratorio, demostrando que por breves tiempos los sistemas exhibieron una dinámica similar a la prevista. [127] [128]
Crisis de subproducción de fotones (2014-2015): este problema fue resuelto por Khaire y Srianand. [129] Muestran que se puede obtener fácilmente un factor de fotoionización metagaláctica de 2 a 5 veces mayor utilizando observaciones actualizadas de cuásares y galaxias. Observaciones recientes de cuásares indican que la contribución de los cuásares a los fotones ultravioleta es dos veces mayor que las estimaciones anteriores. La contribución revisada de la galaxia es tres veces mayor. Estos juntos resuelven la crisis.
Anomalía de Hipparcos (1997 [130] –2012): El satélite recolector de paralaje de alta precisión (Hipparcos) midió el paralaje de las Pléyades y determinó una distancia de 385 años luz. Esto fue significativamente diferente de otras mediciones realizadas mediante medición de brillo real a aparente o magnitud absoluta . La anomalía se debió al uso de una media ponderada cuando existe una correlación entre distancias y errores de distancia para estrellas en cúmulos. Se resuelve utilizando una media no ponderada. No existe ningún sesgo sistemático en los datos de Hipparcos cuando se trata de cúmulos de estrellas. [131]
Anomalía de neutrinos más rápidos que la luz (2011-2012): en 2011, el experimento OPERA observó por error que los neutrinos parecían viajar más rápido que la luz . El 12 de julio de 2012, OPERA actualizó su artículo después de descubrir un error en su medición anterior del tiempo de vuelo. Encontraron una concordancia entre la velocidad de los neutrinos y la velocidad de la luz. [132]
Anomalía de Pioneer (1980-2012): hubo una desviación en las aceleraciones previstas de las naves espaciales Pioneer 10 y 11 cuando abandonaron el Sistema Solar. [44] [17] Se cree que esto es el resultado de una fuerza de retroceso térmico no contabilizada anteriormente . [133] [134]
^ "Este problema es ampliamente considerado como uno de los principales obstáculos para un mayor progreso en la física fundamental... Su importancia ha sido enfatizada por varios autores desde diferentes aspectos. Por ejemplo, ha sido descrito como una 'verdadera crisis'... ] e incluso 'la madre de todos los problemas de física'... Si bien es posible que las personas que trabajan en un problema en particular tiendan a enfatizar o incluso exagerar su importancia, todos esos autores coinciden en que se trata de un problema que debe resolverse. aunque hay poco acuerdo sobre cuál es la dirección correcta para encontrar la solución." [24]
^
Cuando los físicos extraen neutrones de los núcleos atómicos, los ponen en una botella y luego cuentan cuántos quedan allí después de un tiempo, infieren que los neutrones se desintegran radiactivamente en 14 minutos y 39 segundos, en promedio. Pero cuando otros físicos generan haces de neutrones y cuentan los protones emergentes (las partículas en las que se desintegran los neutrones libres), fijan la vida media de los neutrones en unos 14 minutos y 48 segundos. La discrepancia entre las mediciones de la “botella” y del “haz” ha persistido desde que ambos métodos de medir la longevidad del neutrón comenzaron a dar resultados en la década de 1990. Al principio todas las medidas eran tan imprecisas que nadie se preocupó. Sin embargo, gradualmente ambos métodos han mejorado y aún no están de acuerdo. [26]
Referencias
^ Ginzburg, Vitaly L. (2001). La física de toda una vida: reflexiones sobre los problemas y personalidades de la física del siglo XX . Berlín: Springer. págs. 3–200. ISBN 978-3-540-67534-1.
^ Hammond, Richard (1 de mayo de 2008). "El universo desconocido: el origen del universo, la gravedad cuántica, los agujeros de gusano y otras cosas que la ciencia aún no puede explicar". Actas de la Royal Society de Londres, Serie A. 456 (1999): 1685.
^ Womersley, J. (febrero de 2005). "Más allá del modelo estándar" (PDF) . Revista Simetría . Archivado desde el original (PDF) el 17 de octubre de 2007 . Consultado el 23 de noviembre de 2010 .
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enlaces externos
¿Qué problemas de la física y la astrofísica parecen especialmente importantes e interesantes ahora (treinta años después, ya en las puertas del siglo XXI)? VL Ginzburg, Física-Uspekhi 42 (4) 353–373, 1999
¿Qué no sabemos? Proyecto especial de revista científica por su 125 aniversario: 25 preguntas principales y 100 más.
Lista de enlaces a problemas no resueltos de física, premios e investigaciones.
Ideas basadas en lo que nos gustaría lograr
2004 Instituto de Verano SLAC: Los mayores rompecabezas de la naturaleza
La doble personalidad del vidrio explicada por fin
Lo que hacemos y lo que no sabemos Revisión sobre el estado actual de la física por Steven Weinberg, noviembre de 2013
La crisis de la gran ciencia Steven Weinberg, mayo de 2012