Problemas por solucionar na física

Simulación de como aparecerá a detección da partícula de the Higgs no detector CMS no CERN.

Os seguintes son algúns dos Lista de problemas por resolver na física. Algúns deles son teóricos, significando que as teorías existentes parecen incapaces de explicar algúns fenómenos observados ou resultados experimentais. Outros son experimentais, significando que hai unha dificultade en criar un experimento para testar algunhas teorías propostas ou para investigar algúns fenómenos con máis detalle.

• Aceleración do Universo: Por que a expansión do universo se acelera, como se ten observado? A nosa comprensión do corremento para o vermello está completa? Se estiver, entón cal é a natureza da enerxía escura que dirixe esta aceleración? Se for debido a unha constante cosmolóxica, por qué é pequena esa constante, aínda que non-nula? Por qué non é enorme, como predín a maioría das teorías cuántica de campos, ou cero, como predí a supersimetría? Cal será o destino final do universo?
• Computación cuántica: É posible construír un computador práctico que execute cálculos en qubits (bits cuánticos)?
• Cromodinámica cuántica (QCD) no réxime non-pertubativo: As ecuacións da QCD permanecen insolúbeis nas escalas da enerxía relevantes para describir os núcleos atómicos. Como é que a QCD obtén a física dos núcleos e os constituíntes nucleares?
• Explosións de raio gamma: Cal é a natureza destes obxectos astronómicos extraordinariamente enerxéticos?
• Fusión nuclear: É posible construír un reactor nuclear que obteña enerxía pola fusión nuclear en vez da fisión nuclear?
• Gravitación cuántica: Como pode a teoría da mecánica cuántica ser fundida coa teoría da relatividade xeral para producir unha "teoría do todo"? Nosa comprensión actual da forza gravitacional permanece correcta en escalas microscópicas de lonxitude? Que predicións verificables algunhas teorías da gravitación cuántica fan?
• Inflación cósmica: É correcta a teoría da inflación cósmica? Se for, cales son os detalles desta? Cal é o campo hipotético do inflaton que causa esta inflación?
• Materia escura: Que é? Como se xera? Está relacionada coa supersimetria?
• Mecánica cuántica no límite da correspondencia: Hai unha preferencia na interpretación da mecánica cuántica? Como describe o quantum a realidade, que inclúe elementos tales como a superposición dos estados e colapso da función de onda, causamos nós a realidade que percibimos?
• Monopolos magnéticos: Hai algunha partícula que carrega a "carga magnética"? E se é así, por que son tan difíciles de detectar?
• Paradoxo GZK: Por que algúns raios cósmicos parecen posuír enerxías que son imposíbeis de acadar, dado que non hai ningunha fonte suficientemente enerxética de raios cósmicos preto da Terra e que, por outro lado, os raios cósmicos emitidos por fontes distantes deben ter sido absorbidos pola radiación cósmica de fundo en microondas?
• Parámetros do Modelo patrón: O que causa o modelo patrón da física da partícula? Por que as súas masas e constantes de acoplamento posúen os valores que foron medidos? Existe realmente o bosón de Higgs, predito polo modelo? Por que hai 3 clases de partículas no modelo patrón?
• Problema da rotación das galaxias: Por que as galaxias xiran con velocidades inconsistentes coa súa masas aparente?
• Frecha do tempo: Por que o universo ten unha entropía tan baixa no pasado, resultando na distinción entre pasado e futuro e a segunda lei da termodinámica?
• Sólidos amorfos: Cal é a natureza da transición entre un fluído ou un sólido regular nunha fase cristalina? Cales son os procesos físicos que causan as propiedades xerais dos vidros?
• Spintrónica: É posible construír un dispositivo electrónico práctico que opere sobre o spin do electrón, en vez de coa súa carga?
• Supercondutores de altas temperaturas: Por que se atopan algúns materiais que exhiben a supercondutividade en temperaturas moito máis altas que 20 kelvin?
• Supersimetría: A supersimetría é unha simetría da natureza? Se fose, como se quebra a supersimetría, e por qué?
• Turbulencia: É posible construír un modelo teórico para describir o comportamento dun fluído turbulento (en particular, nas súas estruturas internas)?
• Viaxe no tempo: É posible?