Някои от основните нерешени проблеми във физиката са теоретични, което означава, че съществуващите теории изглеждат неспособни да обяснят определено наблюдавано явление или експериментален резултат. Другите са експериментални, което означава, че има трудност при създаването на експеримент за тестване на предложена теория или изследване на феномен по-подробно.
Все още има някои въпроси отвъд стандартния модел на физиката , като например силния проблем с CP , масата на неутриното , асиметрията материя-антиматерия и природата на тъмната материя и тъмната енергия . Друг проблем се крие в математическата рамка на самия Стандартен модел — Стандартният модел е несъвместим с този на общата теория на относителността до степен, че една или и двете теории се разпадат при определени условия (например в рамките на известни пространствено-времеви особености като Големия взрив ицентрове на черни дупки отвъд хоризонта на събитията ).
Обща физика Теория на всичко : Има ли единствена, всеобхватна, последователна теоретична рамка на физиката, която напълно обяснява и свързва всички физически аспекти на Вселената ?
Безразмерни физически константи : Понастоящем стойностите на различни безразмерни физически константи не могат да бъдат изчислени; те могат да бъдат определени само чрез физическо измерване. Какъв е минималният брой безразмерни физически константи, от които могат да бъдат получени всички други безразмерни физически константи? Необходими ли са изобщо размерни физически константи?
Квантова гравитация Квантова гравитация : Могат ли квантовата механика и общата теория на относителността да бъдат реализирани като напълно последователна теория (може би като квантова теория на полето )? Пространството-време фундаментално непрекъснато ли е или дискретно? Дали една последователна теория би включвала сила, медиирана от хипотетичен гравитон , или би била продукт на дискретна структура на самото пространство-време (както в кръговата квантова гравитация )? Има ли отклонения от предсказанията на общата теория на относителността в много малки или много големи мащаби или при други екстремни обстоятелства, които произтичат от механизъм на квантовата гравитация?
Вакуумна катастрофа : Защо прогнозираната маса на квантовия вакуум има малък ефект върху разширяването на Вселената?
Черни дупки , информационен парадокс на черна дупка и излъчване на черна дупка : произвеждат ли черните дупки топлинно излъчване, както се очаква на теоретични основания? Това лъчение съдържа ли информация за тяхната вътрешна структура, както се предполага от двойствеността калибровка-гравитация , или не, както се предполага от първоначалното изчисление на Хокинг? Ако не, и черните дупки могат да се изпарят, какво се случва с информацията, съхранявана в тях (тъй като квантовата механика не предвижда унищожаване на информация)? Или радиацията спира в някакъв момент, оставяйки остатъци от черна дупка? Има ли друг начин да се изследва по някакъв начин тяхната вътрешна структура, ако такава структура изобщо съществува?
Хипотезата за космическата цензура и предположението за защита на хронологията : могат ли сингулярностите, които не са скрити зад хоризонта на събитията, известни като " голи сингулярности ", да произтичат от реалистични начални условия или е възможно да се докаже някаква версия на "хипотезата за космическата цензура" на Роджър Пенроуз, което предполага, че това е невъзможно? По подобен начин затворените времеподобни криви , които възникват в някои решения на уравненията на общата теория на относителността (и които предполагат възможността за обратно пътуване във времето ), ще бъдат ли изключени от теорията на квантовата гравитациякойто обединява общата теория на относителността с квантовата механика, както е предложено от „хипотезата за защита на хронологията“ на Стивън Хокинг?
Холографски принцип : Вярно ли е, че квантовата гравитация допуска описание с по-ниско измерение, което не съдържа гравитация? Добре разбран пример за холография е съответствието AdS/CFT в струнната теория . По същия начин, може ли квантовата гравитация в пространството на де Ситер да бъде разбрана с помощта на dS/CFT кореспонденция? Може ли кореспонденцията AdS/CFT да бъде широко обобщена до двойствеността габарит-гравитация за произволни пространствено-времеви фонове? Има ли други теории за квантовата гравитация, различни от теорията на струните, които допускат холографско описание?
Проблем с времето : В квантовата механика времето е класически фонов параметър и потокът от време е универсален и абсолютен. В общата теория на относителността времето е един компонент на четириизмерното пространство-време и потокът от време се променя в зависимост от кривината на пространство-времето и пространствено-времевата траектория на наблюдателя. Как могат да се съвместят тези две концепции за времето?
Квантова физика Теория на Янг–Милс : Като се има предвид произволна компактна калибровъчна група , съществува ли нетривиална квантова теория на Янг–Милс с празнина с крайна маса? (Този проблем също е посочен като един от проблемите с наградата на хилядолетието по математика.)
Квантова теория на полето : (това е обобщение на предишния проблем) Възможно ли е да се конструира, по математически строг начин, квантова теория на полето в 4-измерното пространство-време, което включва взаимодействия и не прибягва до пертурбативни методи?
Квантов разум : Дали квантово-механичните феномени, като заплитане и суперпозиция , играят важна роля във функцията на мозъка и могат ли да обяснят критични аспекти на съзнанието?
Космология и обща теория на относителността Оста на злото : Някои големи характеристики на микровълновото небе на разстояния от над 13 милиарда светлинни години изглежда са съобразени както с движението, така и с ориентацията на слънчевата система. Дали това се дължи на систематични грешки в обработката, замърсяване на резултатите от локални ефекти или необяснимо нарушение на принципа на Коперник ?
Фино настроена вселена : Стойностите на основните физически константи са в тесен диапазон, необходим за поддържане на живот, базиран на въглерод. Това ли е защото съществуват други вселени с различни константи, или константите на нашата вселена са резултат от случайност или някакъв друг фактор или процес? (Вижте също антропния принцип .)
Космическа инфлация : Правилна ли е теорията за космическата инфлация в много ранната вселена и ако е така, какви са подробностите за тази епоха? Какво е хипотетичното инфлатонно скаларно поле , което е довело до тази космическа инфлация? Ако инфлацията се е случила в един момент, дали тя се самоподдържа чрез инфлация на квантово-механични флуктуации и по този начин продължава ли на някакво изключително отдалечено място?
Проблем с хоризонта : Защо далечната вселена е толкова хомогенна, когато теорията за Големия взрив изглежда предсказва по-големи измерими анизотропии на нощното небе от наблюдаваните? Космологичната инфлация обикновено се приема като решение, но дали други възможни обяснения като променлива скорост на светлината са по-подходящи?
Произход и бъдеще на Вселената : Как са възникнали условията за съществуването на нещо? Вселената върви ли към голямо замръзване , голямо разкъсване , голямо схващане или голямо отскачане ? Или е част от безкрайно повтарящ се цикличен модел ?
Размер на Вселената : Диаметърът на наблюдаваната Вселена е около 93 милиарда светлинни години, но какъв е размерът на цялата Вселена?
Барионна асиметрия : Защо в наблюдаваната вселена има много повече материя , отколкото антиматерия ? (Това може да бъде решено поради очевидната асиметрия в неутрино-антинеутрино колебанията.)
Космологичен принцип : Вселената хомогенна и изотропна ли е в достатъчно големи мащаби, както се твърди от космологичния принцип и се приема от всички модели, които използват метриката на Фридман–Леметр–Робъртсън–Уокър , включително настоящата версия на модела ΛCDM , или Вселената е нехомогенен или анизотропен? Дали CMB диполът е чисто кинематичен или сигнализира за анизотропия на Вселената, което води до разпадане на метриката FLRW и космологичния принцип? Доказателство ли е напрежението на Хъбъл , че космологичният принцип е фалшив? Дори ако космологичният принцип е правилен, дали метриката на Фридман–Льометр–Робъртсън–Уокър е правилната метрика, която да използваме за нашата вселена? Правилно ли се тълкуват наблюденията, които обикновено се тълкуват като ускоряващо се разширяване на Вселената , или вместо това са доказателство, че космологичният принцип е фалшив?
Принцип на Коперник : Представителни ли са космологичните наблюдения, направени от Земята, за наблюдения от средната позиция във Вселената?
Проблем с космологичната константа : Защо енергията на нулевата точка на вакуума не причинява голяма космологична константа ? Какво го отменя?
Очаквано разпределение на тъмната материя и тъмната енергия във Вселената Тъмна материя : Каква е идентичността на тъмната материя? Това частица ли е ? Ако е така, дали е WIMP , аксион , най-лекият суперпартньор (LSP) или някаква друга частица? Или явленията, приписвани на тъмната материя, сочат не към някаква форма на материя, а всъщност към разширение на гравитацията ?
Тъмна енергия : Каква е причината за наблюдаваното ускоряващо се разширяване на Вселената ( фазата на де Ситер )? Правилно ли се тълкуват наблюденията като ускоряващо се разширяване на Вселената или са доказателство, че космологичният принцип е фалшив? Защо енергийната плътност на компонента на тъмната енергия е със същата величина като плътността на материята в момента, когато двете се развиват съвсем различно във времето; възможно ли е просто да наблюдаваме в точното време ? Дали тъмната енергия е чиста космологична константа или са приложими модели на квинтесенция като фантомна енергия ?
Тъмен поток : Дали несферично симетрично гравитационно привличане извън наблюдаваната вселена е отговорно за някои от наблюдаваните движения на големи обекти като галактически купове във Вселената?
Форма на Вселената : Кое е 3-то многообразие на съпътстващото пространство , т.е. на съпътстващ пространствен участък от Вселената, неофициално наричан "формата" на Вселената? Понастоящем не са известни нито кривината, нито топологията, въпреки че е известно, че кривината е „близка“ до нула в наблюдаеми мащаби. Хипотезата за космическата инфлация предполага, че формата на Вселената може да е неизмерима, но от 2003 г. Жан-Пиер Лумине и др., и други групи предполагат, че формата на Вселената може да бъде додекаедричното пространство на Поанкаре . Неизмерима ли е формата; пространството на Поанкаре; или друг 3-колектор?
Най -големите структури във Вселената са по-големи от очакваното. Настоящите космологични модели казват, че трябва да има много малко структура в мащаби, по-големи от няколкостотин милиона светлинни години в диаметър, поради разширяването на Вселената, което надделява върху ефекта на гравитацията. Но Великата стена на Слоун е дълга 1,38 милиарда светлинни години . А най-голямата структура, известна в момента, Великата стена Херкулес–Корона Бореалис , е с дължина до 10 милиарда светлинни години. Дали това са действителни структури или произволни флуктуации на плътността? Ако те са реални структури, те противоречат на „ Края на величието“.“ хипотеза, която твърди, че в мащаб от 300 милиона светлинни години, структурите, наблюдавани при по-малки проучвания, са рандомизирани до степента, в която гладкото разпределение на Вселената е визуално видимо.
Допълнителни измерения : Природата има ли повече от четири пространствено-времеви измерения? Ако е така, какъв е размерът им? Измеренията фундаментално свойство на Вселената ли са или възникващ резултат от други физически закони? Можем ли експериментално да наблюдаваме доказателства за по-високи пространствени измерения?
Физика на високите енергии/физика на частиците Проблем с йерархията : Защо гравитацията е толкова слаба сила? Той става силен за частици само в скалата на Планк , около 1019 GeV , много над електрослабата скала (100 GeV, енергийната скала, доминираща във физиката при ниски енергии). Защо тези скали са толкова различни една от друга? Какво пречи на величини в електрослабата скала, като масата на бозона на Хигс , да получат квантови корекции от порядъка на скалата на Планк? Дали решението е суперсиметрия , допълнителни измерения или просто антропна фина настройка ?
Магнитни монополи : Съществували ли са частици, които носят "магнитен заряд" в някаква минала епоха с по-висока енергия? Ако е така, има ли останали днес? ( Пол Дирак показа, че съществуването на някои видове магнитни монополи би обяснило квантуването на заряда .)
Пъзел за продължителността на живота на неутроните : Въпреки че продължителността на живота на неутроните е изследвана в продължение на десетилетия, в момента съществува липса на съгласуваност относно точната му стойност, поради различни резултати от два експериментални метода („бутилка“ срещу „лъч“).
Разпад на протона и спинова криза : Стабилен ли е протонът фундаментално? Или се разпада с краен живот, както е предвидено от някои разширения на стандартния модел? Как кварките и глуоните носят въртенето на протоните?
Суперсиметрия : Суперсиметрията на пространство-времето реализирана ли е в мащаб TeV? Ако е така, какъв е механизмът на нарушаване на суперсиметрията? Суперсиметрията стабилизира ли електрослабата скала, предотвратявайки високи квантови корекции? Най-леката суперсиметрична частица ( LSP ) включва ли тъмна материя ?
Ограничаване на цветовете : Хипотезата за ограничаване на цветовете на квантовата хромодинамика (QCD) е, че цветно заредените частици (като кварки и глуони) не могат да бъдат отделени от техния родителски адрон, без да произведат нови адрони. Възможно ли е да се осигури аналитично доказателство за ограничаване на цветовете в която и да е неабелова калибровъчна теория?
Поколения материя : Защо има три поколения кварки и лептони ? Има ли теория, която може да обясни масите на определени кварки и лептони в конкретни поколения от първите принципи (теория на свързването на Юкава )?
Маса на неутрино : Каква е масата на неутрино, независимо дали следват статистиката на Дирак или Майорана ? Масовата йерархия нормална или обърната е? Фазата на нарушаване на СР равна ли е на 0?
Реакторна антинеутрино аномалия: Има аномалия в съществуващия набор от данни относно потока антинеутрино от ядрени реактори по света. Измерените стойности на този поток изглежда са само 94% от стойността, очаквана от теорията. Не е известно дали това се дължи на неизвестна физика (като стерилни неутрино ), експериментална грешка в измерванията или грешки в теоретичните изчисления на потока.
Силен CP проблем и аксиони : Защо силното ядрено взаимодействие е инвариантно спрямо паритета и конюгацията на заряда ? Дали теорията на Peccei-Quinn е решението на този проблем? Може ли аксионите да са основният компонент на тъмната материя ?
Аномален магнитен диполен момент : Защо експериментално измерената стойност на аномалния магнитен диполен момент на мюона („мюон g − 2 “) се различава значително от теоретично предвидената стойност на тази физическа константа?
Пъзел с радиус на протона : Какъв е радиусът на електрическия заряд на протона? Как се различава от глюонния заряд?
Пентакварки и други екзотични адрони : Какви комбинации от кварки са възможни? Защо пентакварките бяха толкова трудни за откриване? Те тясно свързана система от пет елементарни частици ли са или по-слабо свързана двойка от барион и мезон?
Проблем Mu : Проблем в суперсиметричните теории, свързан с разбирането на причините за стойностите на параметрите на теорията.
Формула на Койде : аспект на проблема за генерирането на частици . Сумата от масите на трите заредени лептона, разделена на квадрата на сумата от корените на тези маси, с точност до едно стандартно отклонение на наблюденията, е { extstyle Q={frac { 2 }{3}} .}Не е известно как се получава такава проста стойност и защо тя е точната средна аритметична от възможните екстремни стойности на 1 /3(равни маси) и 1 (една маса доминира).
Астрономия и астрофизика Слънчев цикъл : Как Слънцето генерира своето периодично обръщащо се мащабно магнитно поле? Как други подобни на Слънцето звезди генерират своите магнитни полета и какви са приликите и разликите между циклите на звездна активност и тази на Слънцето? Какво причини минимума на Маундер и други големи минимуми и как слънчевият цикъл се възстановява от състояние на минимум?
Проблем с коронарното нагряване : Защо короната на Слънцето (слоят на атмосферата) е много по-горещ от повърхността на Слънцето? Защо ефектът на магнитното повторно свързване е много порядъци по-бърз от предвиденото от стандартните модели?
Астрофизична струя : Защо само определени акреционни дискове, заобикалящи определени астрономически обекти, излъчват релативистични струи по техните полярни оси? Защо има квазипериодични трептения в много акреционни дискове? Защо периодът на тези трептения се мащабира като обратната стойност на масата на централния обект? Защо понякога има обертонове и защо те се появяват при различни честотни съотношения в различни обекти?
Дифузни междузвездни ленти : Какво е отговорно за многобройните междузвездни абсорбционни линии, открити в астрономическите спектри? Имат ли молекулен произход и ако да, кои молекули са отговорни за тях? Как се образуват?
Свръхмасивни черни дупки : Какъв е произходът на връзката М–сигма между масата на свръхмасивната черна дупка и дисперсията на скоростта на галактиката? Как най-отдалечените квазари са увеличили своите свръхмасивни черни дупки до 10 10 слънчеви маси толкова рано в историята на Вселената?
Крива на въртене на типична спирална галактика: прогнозирана ( A ) и наблюдавана ( B ). Може ли несъответствието между кривите да се припише на тъмната материя?
Кайперска скала : Защо броят на обектите в пояса на Кайпер на Слънчевата система намалява бързо и неочаквано над радиус от 50 астрономически единици?
Аномалия при прелитане : Защо наблюдаваната енергия на сателити, летящи до планетарни тела, понякога се различава с малко от стойността, предвидена от теорията?
Проблем с въртенето на галактиките : Тъмната материя отговорна ли е за разликите в наблюдаваната и теоретична скорост на звездите, въртящи се около центъра на галактиките, или е нещо друго?
Супернови : Какъв е точният механизъм, чрез който имплозия на умираща звезда се превръща в експлозия?
p-ядра : Какъв астрофизичен процес е отговорен за нуклеогенезата на тези редки изотопи?
Свръхвисокоенергийни космически лъчи : Защо изглежда, че някои космически лъчи притежават невероятно високи енергии, като се има предвид, че няма достатъчно енергийни източници на космически лъчи близо до Земята? Защо (очевидно) някои космически лъчи, излъчвани от далечни източници, имат енергия над границата на Грайзен–Зацепин–Кузмин ?
Скорост на въртене на Сатурн : Защо магнитосферата на Сатурн проявява (бавно променяща се) периодичност, близка до тази, с която се въртят облаците на планетата? Каква е истинската скорост на въртене на дълбоката вътрешност на Сатурн?
Произход на магнетарното магнитно поле : Какъв е произходът на магнетарното магнитно поле?
Анизотропия в голям мащаб : Анизотропна ли е Вселената в много големи мащаби , което прави космологичния принцип невалидно предположение? Броят на броя и диполната анизотропия на интензитета в радиото, каталогът на NRAO VLA Sky Survey (NVSS) не е в съответствие с локалното движение, получено от космическия микровълнов фон и показва присъща диполна анизотропия. Същите NVSS радио данни също показват присъщ дипол в поляризационната плътност и степента на поляризация в същата посока, както при броя и интензитета. Има няколко други наблюдения, разкриващи широкомащабна анизотропия. Оптичната поляризация от квазарите показва подравняване на поляризацията в много голям мащаб от Gpc. Данните за космическия микровълнов фон показват няколко характеристики на анизотропията, които не са в съответствие с модела на Големия взрив .
Връзка възраст-металност в галактическия диск: Има ли универсална връзка възраст-металност (AMR) в галактическия диск (както „тънки“, така и „дебели“ части на диска)? Въпреки че в локалния (предимно тънък) диск на Млечния път няма доказателства за силен AMR, е използвана проба от 229 близки звезди с „дебел” диск, за да се изследва съществуването на връзка възраст – металност в Галактически дебел диск и показват, че в дебелия диск има връзка възраст-металност. Звездните епохи от астеросеизмологията потвърждават липсата на каквато и да е силна връзка възраст-металност в Галактическия диск.
Проблемът с лития : Защо има несъответствие между количеството литий-7, което се очаква да бъде произведено при нуклеосинтезата на Големия взрив, и количеството, наблюдавано в много стари звезди?
Свръхсветещи източници на рентгенови лъчи (ULX): Какво захранва източници на рентгенови лъчи, които не са свързани с активни галактически ядра, но надхвърлят лимита на Едингтън за неутронна звезда или звездна черна дупка ? Дължат ли се на черни дупки със средна маса ? Някои ULX са периодични, което предполага неизотропно излъчване от неутронна звезда. Това важи ли за всички ULX? Как може такава система да се формира и да остане стабилна?
Бързи радиоимпулси (FRBs): Какво причинява тези преходни радиоимпулси от далечни галактики, продължаващи само няколко милисекунди всеки? Защо някои FRB се повтарят на непредвидими интервали, но повечето не? Предложени са десетки модели, но нито един не е широко приет.
Празнините в пространството празни ли са или се състоят от прозрачна материя?
Ядрена физика„ Островът на стабилността “ в диаграмата на броя на протоните срещу неутроните за тежки ядра
Квантова хромодинамика : Какви са фазите на силно взаимодействаща материя и каква роля играят в еволюцията на космоса ? Каква е подробната партонна структура на нуклоните ? Какво прогнозира QCD за свойствата на силно взаимодействаща материя? Какво определя ключовите характеристики на QCD и каква е връзката им с природата на гравитацията и пространство-времето ? Съществуват ли глюболите ? Придобиват ли глуоните маса динамично, въпреки че имат нулева маса на покой , в адроните ? Наистина ли в QCD липсват нарушения на CP ?
Кварк-глюонна плазма : Къде е началото на деконфайнмънта : 1) като функция на температурата и химичния потенциал? 2) като функция на релативистката енергия на сблъсък на тежки йони и размера на системата? Какъв е механизмът на спиране на енергията и барионното число , водещ до създаване на кварк-глуонна плазма при релативистични сблъсъци на тежки йони? Защо внезапната адронизация и моделът на статистическата адронизация е почти перфектно описание на производството на адрони от кварк-глуонна плазма? Запазва ли се вкусът на кварк в кварк-глуонната плазма? Са странност и чарв химично равновесие в кварк-глуонна плазма? Странностите в кварк-глуонната плазма текат ли със същата скорост като ароматите на кварк нагоре и надолу? Защо деконфинираната материя показва идеален поток ?
Strangelets : Съществува ли странната кваркова материя (Strangelet) като стабилно състояние?
Специфични модели на образуване на кварк-глуонна плазма: насищат ли се глуоните , когато броят им на заемане е голям? Глуоните образуват ли плътна система, наречена кондензат от цветно стъкло ? Какви са подписите и доказателствата за еволюционните уравнения на Балицки–Фадин–Куарев– Липатов , Балицки–Ковчегов , Катани–Чиафалони–Фьорани–Марчезини ?
Ядра и ядрена астрофизика : Защо има липса на сближаване в оценките на средния живот на свободен неутрон въз основа на два отделни — и все по-прецизни — експериментални метода? Каква е природата на ядрената сила , която свързва протоните и неутроните в стабилни ядра и редки изотопи? Какво е обяснението за ЕМС ефекта ? Каква е природата на екзотичните възбуждания в ядрата на границите на стабилността и тяхната роля в звездните процеси? Каква е природата на неутронните звезди и плътната ядрена материя ? Какъв е произходът на елементите в космоса? Какви са ядрените реакции, които задвижват звездите и звездните експлозии? Кой е възможно най-тежкият химически елемент ?
Атомна, молекулярна и оптична физика Кондензация на Бозе-Айнщайн : Как да докажем стриктно съществуването на кондензати на Бозе-Айнщайн за общи взаимодействащи системи?
Изстискване на измервателни блокове : Какъв е механизмът, който позволява на измервателните блокове да се изстискват заедно?
Ефект на Шарнхорст : Могат ли светлинните сигнали да се движат малко по-бързо от c между две близко разположени проводящи плочи, използвайки ефекта на Казимир ?
Динамика на флуидите При какви условия съществуват гладки решения за уравненията на Навие–Стокс , които са уравненията, които описват потока на вискозна течност? Този проблем за несвиваем флуид в три измерения също е един от проблемите с наградата на хилядолетието по математика.
Турбулентен поток : Възможно ли е да се направи теоретичен модел, който да опише статистиката на турбулентен поток (по-специално вътрешните му структури)?
Замърсяване нагоре по течението : Когато се излива вода от по-висок контейнер в по-нисък, частиците, плаващи в последния, могат да се изкачат нагоре по течението в горния контейнер. Все още липсва окончателно обяснение на този феномен.
Гранулирана конвекция : защо гранулиран материал , подложен на разклащане или вибрация, показва модели на циркулация, подобни на типовете флуидна конвекция ? Защо най-големите частици се озовават на повърхността на гранулиран материал, съдържащ смес от предмети с различни размери, когато са подложени на вибрация/клатене?
Физика на кондензираната материяПроба от купратен свръхпроводник (по-специално BSCCO ). Механизмът за свръхпроводимост на тези материали е неизвестен.
Високотемпературни свръхпроводници : Какъв е механизмът, който кара някои материали да проявяват свръхпроводимост при температури, много по-високи от около 25 келвина ? Възможно ли е да се направи материал, който е свръхпроводник при стайна температура и атмосферно налягане ?
Аморфни твърди вещества : Каква е природата на стъкления преход между течно или редовно твърдо вещество и стъкловидна фаза ? Кои са физическите процеси, водещи до общите свойства на стъклата и прехода в стъкло?
Криогенна електронна емисия: Защо електронната емисия при липса на светлина се увеличава, когато температурата на фотоумножителя се намалява?
Сонолуминесценция : Какво причинява излъчването на кратки изблици на светлина от имплодиращи мехурчета в течност, когато са възбудени от звук?
Топологичен ред : Стабилен ли е топологичният ред при ненулева температура ? Еквивалентно, възможно ли е да имаме триизмерна самокоригираща се квантова памет ?
Магнитосъпротивление в u = 8/5 дробно квантово състояние на Хол
Частичен ефект на Хол : Какъв механизъм обяснява съществуването на състоянието u = 5/2 в частичния квантов ефект на Хол ? Описва ли квазичастици с неабелева дробна статистика ?
Течни кристали : Може ли нематичният към смектичен (А) фазов преход в течнокристални състояния да се характеризира като универсален фазов преход?
Полупроводникови нанокристали : Каква е причината за непараболичността на зависимостта от размера на енергията за най-ниския преход на оптична абсорбция на квантовите точки ?
Метални мустачки : В електрическите устройства някои метални повърхности могат спонтанно да пораснат фини метални мустачки, което може да доведе до повреда на оборудването. Въпреки че е известно, че компресивното механично напрежение насърчава образуването на мустаци, механизмът на растеж все още не е определен.
Свръхфлуиден преход в хелий-4 : Обяснете несъответствието между експерименталните и теоретичните определяния на критичния показател на топлинния капацитет α .
Физика на плазмата Физика на плазмата и мощност на термоядрения синтез : Енергията на термоядрения синтез може потенциално да осигури енергия от изобилен ресурс (напр. водород) без вида радиоактивни отпадъци, които в момента произвежда енергията от делене. Могат ли обаче йонизираните газове (плазма) да бъдат задържани достатъчно дълго и при достатъчно висока температура, за да създадат мощност на термоядрен синтез? Какъв е физическият произход на H-режим ?
Проблемът с инжектирането : Смята се, че ускорението на Ферми е основният механизъм, който ускорява астрофизичните частици до висока енергия. Въпреки това, не е ясно какъв механизъм кара тези частици първоначално да имат достатъчно висока енергия, за да може ускорението на Ферми да работи върху тях.
Алвенска турбуленция : В слънчевия вятър и турбуленцията в слънчевите изригвания , изхвърлянето на коронална маса и магнитосферните суббури са основни нерешени проблеми във физиката на космическата плазма.
Биофизика Стохастичност и устойчивост на шум в генната експресия : Как гените управляват тялото ни, издържайки на различни външни натиск и вътрешна стохастичност ? Съществуват определени модели за генетични процеси, но ние сме далеч от разбирането на цялата картина, особено в развитието , където генната експресия трябва да бъде строго регулирана.
Количествено изследване на имунната система : Какви са количествените свойства на имунните отговори ? Кои са основните градивни елементи на мрежите на имунната система ?
Хомохиралност : Какъв е произходът на преобладаването на специфични енантиомери в биохимичните системи ?
Магниторецепция : Как животните (напр. прелетните птици) усещат магнитното поле на Земята?
Предсказание на структурата на протеина : Как триизмерната структура на протеините се определя от едномерната аминокиселинна последователност? Как протеините могат да се сгъват на времева скала от микросекунда до секунда, когато броят на възможните конформации е астрономически и конформационните преходи се случват в скала от пикосекунда до микросекунда? Могат ли да се напишат алгоритми за предсказване на триизмерната структура на протеин от неговата последователност? Нативните структури на повечето естествено срещащи се протеини съвпадат ли с глобалния минимум на свободната енергия в конформационното пространство? Или повечето нативни конформации са термодинамично нестабилни, но кинетично уловени в метастабилни състояния? Какво предпазва високата плътност на протеините, присъстващи в клетките, от утаяване?
Квантова биология : Може ли кохерентността да се поддържа в биологичните системи в достатъчно дълги времеви рамки, за да бъде функционално важна? Има ли нетривиални аспекти на биологията или биохимията, които могат да бъдат обяснени само с устойчивостта на кохерентността като механизъм?
Философия на физиката Тълкуване на квантовата механика : Как квантовото описание на реалността, което включва елементи като суперпозиция на състояния и колапс на вълновата функция или квантова декохерентност , поражда реалността, която възприемаме? Друг начин за формулиране на този въпрос се отнася до проблема с измерването : какво представлява „измерване“, което очевидно кара вълновата функция да се срине в определено състояние? За разлика от класическите физични процеси, някои квантово-механични процеси (като квантова телепортация , произтичаща от квантовото заплитане) не може да бъде едновременно „локален“, „каузален“ и „реален“, но не е очевидно кои от тези свойства трябва да бъдат пожертвани, или ако опитът да се опишат квантово-механични процеси в тези сетива е грешка на категорията като че правилното разбиране на квантовата механика би направило въпроса безсмислен. Може ли мултивселената да го разреши?
Стрела на времето (напр. стрелката на времето на ентропията ): Защо времето има посока?
Защо Вселената е имала толкова ниска ентропия в миналото и времето корелира с универсалното (но не локално) увеличение на ентропията, от миналото и към бъдещето, според втория закон на термодинамиката ? Защо се наблюдават нарушения на CP при някои затихвания на слаба сила, но не и другаде? Дали нарушенията на CP по някакъв начин са продукт на втория закон на термодинамиката или са отделна стрела на времето? Има ли изключения от принципа на причинно-следствената връзка ? Има ли едно единствено възможно минало? Е настоящетомомент, физически различен от миналото и бъдещето, или е просто възникващо свойство на съзнанието ? Какво свързва квантовата стрела на времето с термодинамичната стрела?
Локалност : Има ли нелокални явления в квантовата физика? Ако съществуват, ограничени ли са нелокалните явления до заплитането , разкрито в нарушенията на неравенствата на Бел , или информацията и запазените количества също могат да се движат по нелокален начин? При какви обстоятелства се наблюдават нелокални явления? Какво означава съществуването или отсъствието на нелокални явления относно фундаменталната структура на пространство-времето? Как това изяснява правилното тълкуване на фундаменталната природа на квантовата физика?
Обща физика/квантова физика Извършете експеримент на Bell без пропуски (1970–2015): През октомври 2015 г. учени от Института по нанонаука Kavli съобщиха, че неуспехът на хипотезата за локалната скрита променлива се подкрепя при ниво на достоверност от 96%, базирано на "тест на Бел без пропуски" изследване. Тези резултати бяха потвърдени от две проучвания със статистическа значимост над 5 стандартни отклонения, които бяха публикувани през декември 2015 г.
Създаване на Бозе-Айнщайнов кондензат (1924–1995): Композитните бозони под формата на разредени атомни пари бяха охладени до квантово израждане с помощта на техниките на лазерно охлаждане и охлаждане чрез изпаряване.
Космология и обща теория на относителността Съществуване на гравитационни вълни (1916–2016): На 11 февруари 2016 г. екипът на Advanced LIGO обяви, че са засекли директно гравитационни вълни от двойка сливащи се черни дупки , което беше и първото откриване на звездна двойна черна дупка.
Числено решение за двоична черна дупка (1960–2005): Численото решение на проблема с двете тела в общата теория на относителността беше постигнато след четири десетилетия изследвания. Три групи разработиха техниките за пробив през 2005 г. ( annus mirabilis на числената теория на относителността ).
Проблем с космическата възраст (1920–1990 г.): Приблизителната възраст на Вселената е около 3 до 8 милиарда години по-млада от оценките за възрастта на най-старите звезди в Млечния път. По-добрите оценки за разстоянията до звездите и признаването на ускоряващото се разширяване на Вселената съгласуваха оценките за възрастта.
Физика на високите енергии/физика на частиците Съществуване на пентакварки (1964–2015): През юли 2015 г. сътрудничеството на LHCb в CERN идентифицира пентакварки в Λ0
б→J/ψK − p канал, който представлява разпадането на долния ламбда барион (Λ0
б) в J/ψ мезон (J/ψ) , каон (K−) и протон (p). Резултатите показват, че понякога, вместо да се разпада директно в мезони и бариони, Λ0
бразпада се чрез междинни пентакваркови състояния. Двата щата, наречени P+
c(4380) и П+
c(4450) , имаше индивидуална статистическа значимост съответно от 9 σ и 12 σ и комбинирана значимост от 15 σ — достатъчно, за да се претендира за официално откритие. И двете състояния на пентакварк бяха наблюдавани да се разпадат силно до J/ψp , следователно трябва да имат съдържание на валентни кварки от два горни кварка , низходящ кварк , очарователен кварк и анти-чаров кварк, правейки ги чармониеви -пентакварки.
Съществуването на кварк-глуонна плазма , нова фаза на материята беше открита и потвърдена в експерименти в CERN - SPS (2000), BNL - RHIC (2005) и CERN- LHC (2010).
Хигс бозон и нарушаване на електрослабата симетрия (1963–2012): Механизмът, отговорен за нарушаването на електрослабата калибровъчна симетрия, придавайки маса на W и Z бозоните , беше разрешен с откриването на Хигс бозона на Стандартния модел , с очаквани връзки към слабите бозони. Не са наблюдавани доказателства за силно динамично решение, както е предложено от technicolor .
Произход на масата на повечето елементарни частици: Разрешен с откриването на бозона на Хигс , което предполага съществуването на полето на Хигс , което дава маса на тези частици.
Астрономия и астрофизика Произход на кратък гама-изблик (1993–2017): От сливането на бинарни неутронни звезди , предизвиквайки експлозия на килонова и кратък гама-изблик GRB 170817A беше открит както в електромагнитните вълни , така и в гравитационната вълна GW170817 .
Проблемът с липсващите бариони (1998–2017): обявен за разрешен през октомври 2017 г., като липсващите бариони се намират в горещ междугалактически газ.
Дълготрайни гама-изблици (1993–2003): Дълготрайните изблици са свързани със смъртта на масивни звезди в специфичен вид събитие, подобно на свръхнова , обикновено наричано колапс . Има обаче и дълготрайни GRB, които показват доказателства срещу свързана свръхнова, като събитието Swift GRB 060614 .
Проблем със слънчевото неутрино (1968–2001): Решен чрез ново разбиране на физиката на неутриното , което изисква модификация на Стандартния модел на физиката на елементарните частици — по-специално, неутрино трептене .
Природа на квазарите (1950–1980 г.): Природата на квазарите не беше разбрана в продължение на десетилетия. Сега те се приемат като тип активна галактика , където огромният добив на енергия е резултат от падане на материя в масивна черна дупка в центъра на галактиката. Квазарите произвеждат струи в ядрото, изхвърлят ги на противоположните полюси и след това струите се колимират от радиация от заобикалящия акреционен диск чрез ефекта на кухия заряд .
Въртенето на ядрото на Сатурн се определя от гравитационното му поле.
Ядрена физика Съществуването на кварк-глуонна плазма , нова фаза на материята беше открита и потвърдена в експерименти в CERN - SPS (2000), BNL - RHIC (2005) и CERN- LHC (2010).
Температура на Хагедорн , разпозната като температура на фазова трансформация между адронна ограничена фаза и деконфинирана фаза на материята .
Бързо решени проблеми Съществуване на времеви кристали (2012–2016): Идеята за квантован времеви кристал е теоретизирана за първи път през 2012 г. от Франк Вилчек. През 2016 г. Khemani et al. и Else et al. независимо един от друг предполагат, че периодично управляваните квантови спинови системи могат да покажат подобно поведение. Също през 2016 г. Норман Яо от Бъркли и колеги предложиха различен начин за създаване на дискретни времеви кристали в спинови системи. След това това беше използвано от два екипа, група, ръководена от Кристофър Монро от Университета на Мериленд, и група, ръководена от Михаил Лукин от Харвардския университет, които и двамата успяха да покажат доказателства за времеви кристали в лабораторни условия, показвайки, че за кратки времена системите показват динамика, подобна на прогнозираната.
Криза с недостатъчно производство на фотони (2014–2015): Този проблем беше разрешен от Khaire и Srianand. Те показват, че коефициент 2 до 5 пъти по-голяма метагалактична скорост на фотойонизация може лесно да бъде получена чрез актуализирани наблюдения на квазари и галактики. Скорошни наблюдения на квазари показват, че приносът на квазарите към ултравиолетовите фотони е фактор 2 по-голям от предишните оценки. Ревизираният принос на галактиката е коефициент 3 по-голям. Те заедно решават кризата.
Аномалия Hipparcos (1997–2012): Високопрецизният сателит за събиране на паралакс (Hipparcos) измерва паралакса на Плеядите и определя разстоянието от 385 светлинни години. Това беше значително по-различно от други измервания, направени чрез измерване на действителна към видима яркост или абсолютна величина . Аномалията се дължи на използването на среднопретеглена стойност, когато има корелация между разстоянията и грешките на разстоянието за звезди в клъстери. Разрешава се чрез използване на непретеглена средна стойност. Няма системно отклонение в данните от Hipparcos, когато става дума за звездни купове.
Аномалия на неутрино, по-бързо от светлината (2011–2012): През 2011 г. експериментът OPERA погрешно наблюдава неутрино , което изглежда се движи по-бързо от светлината . На 12 юли 2012 г. OPERA актуализира своята статия, като включи новите източници на грешки в своите изчисления. Те откриха съответствие на скоростта на неутрино със скоростта на светлината.
Аномалия на Pioneer (1980–2012): Имаше отклонение в прогнозираните ускорения на космическите кораби Pioneer 10 и 11, когато напуснаха Слънчевата система. Смята се, че това е резултат от неотчетена преди това термична сила на отката .
Към публикацията
