Lista de problemas de física sin resolver

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Los principales problemas no resueltos ^[1] en física son problemáticos con respecto a datos científicos considerados teóricamente, lo que significa que el análisis y la teoría existentes parecen incapaces de explicar ciertos fenómenos observados o resultados experimentales, o problemáticos con respecto al diseño experimental , lo que significa que existe una dificultad para crear un experimento para probar una teoría propuesta o investigar un fenómeno con mayor detalle.

Todavía hay algunas cuestiones más allá del Modelo Estándar de la física , como el problema de la PC fuerte , la masa de neutrinos , la asimetría materia-antimateria y la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura . ^{[2] [3]} Otro problema radica en el marco matemático del propio Modelo Estándar: el Modelo Estándar es inconsistente con el de la relatividad general , hasta el punto de que una o ambas teorías se rompen bajo ciertas condiciones (por ejemplo, dentro de singularidades espaciotemporales conocidas como el Big Bang y los centrosde agujeros negros más allá del horizonte de sucesos ).

Física general / física cuántica

• Flecha del tiempo ^[4] (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, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica ? ^[4]
  • ¿Por qué se observan violaciones de CP en ciertos decaimientos de fuerza débil, 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 de 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?
• Confinamiento de color: la conjetura del confinamiento de color de la cromodinámica cuántica (QCD) es que las partículas cargadas de color (como quarks y gluones) no se pueden separar de su hadrón original sin producir nuevos hadrones ^[5]
  • ¿Es posible proporcionar una prueba analítica del confinamiento del color en cualquier teoría de gauge no abeliana?
• Constante física adimensional : en la actualidad, los valores de las constantes físicas adimensionales no se pueden calcular; se determinan únicamente mediante medición física ^{[6] [7]}
  • ¿Cuál es el número mínimo de constantes físicas adimensionales de las que se pueden derivar todas las demás constantes físicas adimensionales?
  • ¿Son necesarias las constantes físicas dimensionales?
• Universo afinado : los valores de las constantes físicas fundamentales se encuentran en un rango estrecho necesario para sustentar la vida basada en el carbono. ^{[8] [9] [10]}
  • ¿Es esto porque existen otros universos con diferentes constantes, o son las constantes de nuestro universo el resultado de la casualidad, o algún otro factor o proceso? (En particular, de Tegmark matemática hipótesis del multiverso de abstractos matemática paralelas universo formalizado modelos, y el paisaje hipótesis del multiverso de las regiones del espacio-tiempo tener diferentes conjuntos formales de las leyes y constantes físicas de la de la formalización espacio circundante-requerir).
• 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? ^[4] Otra forma de plantear esta pregunta 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 ^{[11 ]} 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 un multiverso resolverlo?
• Localidad :
  • ¿Existen fenómenos no locales en la física cuántica? ^{[12] [13]}
  • Si existen fenómenos no locales, ¿se limitan los fenómenos al entrelazamiento revelado en las violaciones de las desigualdades de Bell , o pueden la información y las cantidades conservadas moverse también de forma no local?
  • ¿En qué circunstancias se observan los 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?
• Teoría cuántica de campos : ¿Es posible construir, en el marco matemáticamente riguroso de la QFT algebraica , una teoría en el espacio-tiempo tetradimensional que incluya interacciones y no recurra a métodos perturbativos ? ^{[14] [15]}
• La teoría del todo es una explicación holística hipotética de todos los fenómenos universales: ^[16]
  • ¿Existe una teoría que explique los valores de todas las constantes físicas fundamentales , es decir, de todas las constantes de acoplamiento, todas las masas de partículas elementales y todos los ángulos de mezcla de las partículas elementales?
  • ¿Existe una teoría que explique por qué los grupos gauge del modelo estándar son como son y por qué el espacio-tiempo observado tiene 3 dimensiones espaciales y 1 dimensión temporal ? ¿Son las "constantes físicas fundamentales" realmente fundamentales o varían con el tiempo?
  • ¿Alguna de las partículas fundamentales en el modelo estándar de la física de partículas es realmente partículas compuestas demasiado unidas para observarlas como tales con las energías experimentales actuales?
  • ¿Hay partículas elementales que aún no se han observado y, de ser así, cuáles son y cuáles son sus propiedades? ¿Hay fuerzas fundamentales no observadas ?
• Teoría de Yang-Mills : Dado un grupo de calibre compacto arbitrario , ¿existe una teoría cuántica de Yang-Mills no trivial con una brecha de masa finita ? (Este problema también se incluye como uno de los problemas del Premio del Milenio en matemáticas). ^[17]

Astronomía y astrofísica

Artículo principal: Lista de problemas no resueltos en astronomía

• 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 RAM fuerte, ^[18] 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. ^{[19] [20]} Las edades estelares de la astrosismología confirman la falta de una fuerte relación edad-metalicidad en el disco galáctico. ^[21]
• Chorro astrofísico :
  • ¿Por qué solo ciertos discos de acreción que rodean a ciertos objetos astronómicos emiten chorros relativistas a lo largo de sus ejes polares?
  • ¿Por qué hay oscilaciones cuasi-periódicas en muchos discos de acreción? ^[22]
  • ¿Por qué el período de estas oscilaciones escala como la inversa de la masa del objeto central? ^[23]
  • ¿Por qué a veces hay sobretonos y por qué aparecen en diferentes relaciones de frecuencia en diferentes objetos? ^[24]
• Problema de calentamiento coronal :
  • ¿Por qué la corona del Sol (capa de atmósfera) es mucho más caliente que la superficie del Sol?
  • ¿Por qué el efecto de reconexión magnética es muchos órdenes de magnitud más rápido de lo que predicen los modelos estándar?
• Problema cosmológico 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? ^[25]
• Bandas interestelares difusas :
  • ¿Cuál es el responsable de las numerosas líneas de absorción interestelar detectadas en los espectros astronómicos?
  • ¿Son de origen molecular y, en caso afirmativo, qué moléculas son responsables de ellos? ¿Cómo se forman?
• 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. ^[26]
• Anomalía de sobrevuelo : ¿Por qué la energía observada de los satélites que vuelan por cuerpos planetarios a veces difiere en una cantidad mínima del valor predicho por la teoría?
• Problema de rotación de galaxias : ¿Es la materia oscura responsable de las diferencias en la velocidad observada y teórica de las estrellas que giran alrededor del centro de las galaxias, o es algo más?
• Acantilado de Kuiper : ¿Por qué la cantidad de objetos en el cinturón de Kuiper del Sistema Solar cae rápida e inesperadamente más allá de un radio de 50 unidades astronómicas?
• Anisotropía a gran escala : ¿Es el universo a gran escala anisotrópico , lo que hace que el principio cosmológico sea una suposición inválida? El recuento de números y la anisotropía dipolo de intensidad en radio, el catálogo NRAO VLA Sky Survey (NVSS) ^[27] es inconsistente con el movimiento local derivado del fondo cósmico de microondas ^{[28] [29]} e indican una anisotropía dipolo intrínseca. Los mismos datos de radio NVSS también muestran un dipolo intrínseco en la densidad de polarización y el grado de polarización ^[30]en la misma dirección que en el recuento de números 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. ^{[31] [32] [33]} Los datos de fondo cósmico de microondas muestran varias características de anisotropía, ^{[34] [35] [36] [37]} que no son consistentes con el modelo del Big Bang .
• Origen del campo magnético del magnetar : ¿Cuál es el origen del campo magnético del magnetar ?
• p-nuclei : ¿Qué proceso astrofísico es responsable de la nucleogénesis de estos raros isótopos?
• Tasa de rotación de Saturno :
  • ¿Por qué la magnetosfera de Saturno exhibe una periodicidad (que cambia lentamente) cercana a aquella en la que giran las nubes del planeta?
  • ¿Cuál es la verdadera tasa de rotación del interior profundo de Saturno? ^[38]
• Ciclo solar :
  • ¿Cómo genera el Sol su campo magnético a gran escala que se invierte periódicamente?
  • ¿Cómo otras estrellas de tipo solar generan sus campos magnéticos 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?
• Agujeros negros supermasivos :
  • ¿Cuál es el origen de la relación M-sigma entre la masa del agujero negro supermasivo y la dispersión de la velocidad de las galaxias? ^[40]
  • ¿Cómo hicieron crecer los cuásares más distantes sus agujeros negros supermasivos hasta 10 ¹⁰ masas solares tan temprano en la historia del universo?

Curva de rotación de una galaxia espiral típica: predicha ( A ) y observada ( B ). ¿Se puede atribuir la discrepancia entre las curvas a la materia oscura?

• Supernovas : ¿Cuál es el mecanismo exacto por el cual la implosión de una estrella moribunda se convierte en explosión?
• Rayo cósmico de energía ultra alta : ^[41]
  • ¿Por qué algunos rayos cósmicos parecen poseer energías increíblemente altas, dado que no hay fuentes de rayos cósmicos suficientemente energéticos cerca de la Tierra?
  • ¿Por qué (aparentemente) algunos rayos cósmicos emitidos por fuentes distantes tienen energías por encima del límite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin ? ^{[4] [41]}
• Fuentes de rayos X ultraluminosas (ULX):
  • ¿Qué potencia las fuentes de rayos X que no están asociadas con núcleos galácticos activos pero que exceden el límite de Eddington de una estrella de neutrones o un agujero negro estelar ? ¿Se deben a agujeros negros de masa intermedia ?
  • Algunos ULX son periódicos, lo que sugiere una emisión no isotrópica de una estrella de neutrones. ¿Esto se aplica a todos los ULX? ¿Cómo podría formarse un sistema así y permanecer estable?

Biofísica

• Homoquiralidad : ¿Cuál es el origen de la preponderancia de enantiómeros específicosen los sistemas bioquímicos ?
• Magnetorecepción : ¿Cómo perciben los animales (por ejemplo, aves migratorias) el campo magnético de la Tierra?
• Predicción de la estructura de 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 la escala 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 se precipite la alta densidad de proteínas presentes en el interior de las células? ^[42]
• Estudio cuantitativo del sistema inmunológico :
  • ¿Cuáles son las propiedades cuantitativas de las respuestas inmunitarias ?
  • ¿Cuáles son los componentes básicos de las redes del sistema inmunológico ?
• Estocasticidad y robustez al ruido en la expresión genética : ¿Cómo gobiernan los genes nuestro cuerpo, resistiendo 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 génica debe estar estrictamente regulada.

Física de la Materia Condensada

Una muestra de un superconductor de cuprato (específicamente BSCCO ). Se desconoce el mecanismo de superconductividad de estos materiales.

• Sólidos amorfos :
  • ¿Cuál es la naturaleza de la transición vítrea entre un fluido o sólido regular y una fase vítrea ?
  • ¿Cuáles son los procesos físicos que dan lugar a las propiedades generales de los vidrios y la transición vítrea? ^{[43] [44]}
• Condensación de Bose-Einstein : ¿Cómo probamos rigurosamente la existencia de condensados ​​de Bose-Einstein para sistemas que interactúan en general? ^[45]
• Emisión de electrones criogénicos: ¿Por qué aumenta la emisión de electrones [de las placas] en ausencia de luz a medida que disminuye la temperatura de un fotomultiplicador ? ^{[46] [47]}
• Efecto Hall fraccional : ¿Qué mecanismo explica la existencia del estado u = 5/2 en el efecto Hall cuántico fraccional ? ¿Describe cuasipartículas con estadísticas fraccionarias no abelianas ? ^[48]
• Escurrido del bloque patrón : ¿Cuál es el mecanismo que permite escurrir los bloques patrón?
• Superconductores de alta temperatura :
  • ¿Cuál es el mecanismo que hace que ciertos materiales exhiban superconductividad a temperaturas mucho más altas que alrededor de 25 kelvin ?
  • ¿Es posible fabricar un material que sea superconductor a temperatura ambiente y presión atmosférica? ^[4]
• Cristales líquidos : ¿ Se puede caracterizar la transición de fase nemática a esméctica (A) en los estados de cristal líquido como una transición de fase universal ? ^{[49] [50]}
• Efecto Scharnhorst : ¿Pueden las señales de luz viajar un poco más rápido que c entre dos placas conductoras poco espaciadas, aprovechando el efecto Casimir ? ^[51]
• Nanocristales semiconductores : ¿Cuál es la causa de la no parabolicidad de la dependencia del tamaño de la energía para la transición de absorción óptica más baja de los puntos cuánticos ? ^[52]
• Sonoluminiscencia : ¿Qué causa la emisión de breves ráfagas de luz de las burbujas que implosionan en un líquido cuando se excitan con el sonido? ^{[53] [54]}
• Transición de superfluido en helio-4 : Explique la discrepancia entre las determinaciones experimentales ^[55] y teóricas ^{[56] [57] [58]} del exponente crítico α de la capacidad calorífica . ^[59]
• Orden topológico : ¿Es estable el orden topológico a una temperatura distinta de cero ? De manera equivalente, ¿es posible tener una memoria cuántica autocorregible tridimensional ? ^[60]

Magnetorresistencia en un estado Hall cuántico fraccional u = 8/5 .

• Bigotes (metalurgia) : en los dispositivos eléctricos, algunas superficies metálicas pueden desarrollar espontáneamente finos bigotes metálicos, lo que puede provocar fallas en el equipo. Si bien se sabe que el estrés mecánico de compresión fomenta la formación de bigotes, aún no se ha determinado el mecanismo de crecimiento.

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 o una violación inexplicable del principio copernicano ?
• Asimetría bariónica : ¿Por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo observable ? (Esto puede resolverse debido a la aparente asimetría en las oscilaciones neutrino-antineutrino). ^[61]
• Inflación cósmica :
  • ¿Es correcta la teoría de la inflación cósmica en el universo primitivo y, de ser así, cuáles son los detalles de esta época?
  • ¿Cuál es el hipotético campo escalar inflatón que dio lugar a esta inflación cósmica? Si la inflación ocurrió en un punto, ¿es autosostenible a través de la inflación de las fluctuaciones de la mecánica cuántica y , por lo tanto, continúa en algún lugar extremadamente distante? ^[62]
• Problema cosmológico constante :
  • ¿Por qué la energía del punto cero del vacío no causa una gran constante cosmológica ?
  • ¿Qué lo anula? ^{[63] [64]}

Distribución estimada de materia oscura y energía oscura en el universo

• Energía oscura :
  • ¿Cuál es la causa de la expansión acelerada observada ( fase de De Sitter ) del universo?
  • ¿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 bastante diferente con el tiempo? ¿Podría ser simplemente que estamos 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 simétrica no esférica procedente del exterior del universo observable responsable de parte del movimiento observado de objetos grandes como los cúmulos galácticos en el universo?
• Materia oscura :
  • ¿Cuál es la identidad de la materia oscura? ^[41]
  • ¿Es la materia oscura una partícula ?
  • ¿Es la materia oscura el supercompañero más ligero (LSP)? ¿O acaso los fenómenos atribuidos a la materia oscura no apuntan a alguna forma de materia, sino a una extensión de la gravedad ?
• Dimensiones extra :
  • ¿Tiene la naturaleza más de cuatro dimensiones espaciotemporales ?
    • 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 mayores dimensiones espaciales?
• Problema de horizonte :
  • ¿Por qué el universo distante es tan homogéneo cuando la teoría del Big Bang parece predecir anisotropías medibles del cielo nocturno más grandes que las observadas?
  • La inflación cosmológica se acepta generalmente como la solución, pero ¿son más apropiadas otras posibles explicaciones, como una velocidad variable de la luz ? ^[41]
• Las estructuras más grandes del universo son más grandes de lo esperado. Los modelos cosmológicos actuales dicen que debería haber muy poca estructura en escalas mayores a unos pocos cientos de millones de años luz de diámetro, debido a que la expansión del universo supera el efecto de la gravedad. ^[65] Pero la Gran Muralla de Sloan tiene 1380 millones de años luz de longitud. Y la estructura más grande que se conoce actualmente, la Gran Muralla Hércules-Corona Borealis , tiene una longitud de hasta 10 mil millones de años luz. ¿Son estas estructuras reales o fluctuaciones de densidad aleatorias? Si son estructuras reales, contradicen el ' Fin de la grandeza'hipótesis que afirma que a una escala de 300 millones de años luz, las estructuras observadas en estudios más pequeños se aleatorizan en la medida en que la distribución uniforme del universo es visualmente aparente.
• 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 del espacio-tiempo del observador. ¿Cómo conciliar estos dos conceptos de tiempo? ^[66]
• Forma del universo :
  • ¿Cuál es la variedad 3 del espacio como móvil , es decir, de una sección espacial como móvil del universo, informalmente llamada la "forma" del universo? Actualmente no se conocen ni la curvatura ni la topología, aunque se sabe que la curvatura es "cercana" a cero en escalas observables. La hipótesis de la inflación cósmica sugiere que la forma del universo puede ser inconmensurable, 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 de Poincaré; u otro 3-múltiple?
• Tamaño del universo : el diámetro del universo observable es de aproximadamente 93 mil millones de años luz, pero ¿cuál es el tamaño de todo el universo?
• por qué hay algo en vez de nada? , Origen y futuro del universo :
  • ¿Cómo surgieron las condiciones para que existiera algo?
  • ¿Se dirige el universo hacia un Big Freeze , un Big Rip , un Big Crunch , un Big Bounce , o es parte de un modelo cíclico infinitamente recurrente ?

Dinámica de fluidos

• ¿Bajo qué condiciones existen soluciones suaves para las ecuaciones de Navier-Stokes , cuáles son las ecuaciones que describen el flujo de un fluido viscoso ? Este problema, para un fluido incompresible en tres dimensiones, es también uno de los Problemas del Premio Milenio en matemáticas. ^[67]
• Flujo turbulento : ¿Es posible hacer un modelo teórico para describir las estadísticas de un flujo turbulento (en particular, sus estructuras internas)? ^[4]
• Contaminación corriente arriba : al verter agua de un recipiente superior a uno inferior, las partículas que flotan en este último pueden subir corriente arriba al recipiente superior. Aún falta una explicación definitiva para este fenómeno.

Física de altas energías / física de partículas

Ver también: Más allá del modelo estándar

• 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 teóricamente predicho de esa constante física? ^[68]
• Generaciones de materia : ¿Por qué hay tres generaciones de quarks y leptones ? ¿Existe una 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 )? ^[69]
• Problema de jerarquía :
  • ¿Por qué la gravedad es una fuerza tan débil?
  • La gravedad se convierte en una fuerza fuerte para las partículas solo en la escala de Planck , alrededor de 10 ¹⁹ GeV , muy por encima de la escala electrodébil (100 GeV, la escala de energía que domina la física a bajas energías). ¿Por qué estas escalas son tan diferentes entre sí?
  • ¿Qué impide que las cantidades en la escala electrodébil, como la masa del bosón de Higgs , obtengan correcciones cuánticas del orden de la escala de Planck?
  • ¿Es la solución supersimetría , dimensiones extra , algún otro fenómeno o simplemente un ajuste fino antrópico ?
• Fórmula de 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 observaciones, es . Se desconoce cómo se produce un valor tan simple y por qué es el promedio aritmético exacto de los posibles valores extremos de 1 ⁄ 3 (masas iguales) y 1 (una masa domina).${\textstyle Q={\frac {2}{3}}}$
• Monopolos magnéticos : ¿ Existieron partículas que llevan "carga magnética" en alguna época pasada de mayor energía? Si es así, ¿queda alguno hoy? ( Paul Dirac mostró que la existencia de algunos tipos de monopolos magnéticos explicaría la cuantificación de carga ). ^[70]
• Problema Mu : problema de las teorías supersimétricas , que se ocupa de comprender los parámetros de la teoría.
• Masa de neutrinos :
  • ¿Cuál es la masa de los neutrinos, si siguen las estadísticas de Dirac o Majorana ?
  • ¿La jerarquía de masas es normal o invertida?
  • ¿La fase de infracción de CP es igual a 0? ^{[71] [72]}
• Acertijo de la vida útil de los neutrones: si bien la vida útil de los neutrones se ha estudiado durante décadas, en la actualidad existe una falta de consiliencia sobre su valor exacto, debido a los diferentes resultados de dos métodos experimentales ("botella" versus "haz"). ^[73]
• Pentaquarks y otros hadrones exóticos : ¿Qué combinaciones de quarks son posibles? ¿Por qué los pentaquarks eran tan difíciles de descubrir? ^[74] ¿Son un sistema fuertemente ligado de cinco partículas elementales, o un emparejamiento más débilmente ligado de un barión y un mesón? ^[75]
• Desintegración de protones y crisis de espín : ¿el protón es fundamentalmente estable? ¿O se descompone con una vida útil finita como lo predicen algunas extensiones del modelo estándar? ^[76] ¿Cómo transportan los quarks y gluones el giro de los protones? ^[77]
• Rompecabezas del radio del protón : ¿Cuál es el radio de carga eléctrica del protón? ¿En qué se diferencia de la carga gluónica?
• Fuerte problema de CP y axiones :
  • ¿Por qué la interacción nuclear fuerte es invariante a la conjugación de paridad y carga ?
    • ¿Es la teoría de Peccei-Quinn la solución a este problema?
  • ¿Podrían los axiones ser el componente principal de la materia oscura ?
• 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 ?

Física nuclear

La " isla de estabilidad " en la gráfica de número de protones y neutrones para núcleos pesados

• Núcleos y astrofísica nuclear :
  • ¿Por qué hay una falta de convergencia en las estimaciones de la vida media de un neutrón libre basadas en dos métodos experimentales separados y cada vez más precisos?
  • ¿Cuál es la naturaleza de la fuerza nuclear que une protones y neutrones en núcleos estables e isótopos raros?
  • ¿Cuál es la naturaleza de las excitaciones exóticas en los núcleos en las fronteras de la estabilidad y su papel en los procesos estelares? ¿Cuál es la naturaleza de las estrellas de neutrones y la materia nuclear densa ? ¿Cuál es el origen de los elementos en el cosmos ? ¿Cuáles son las reacciones nucleares que impulsan las estrellas y las explosiones estelares?
  • ¿Cuál es el elemento químico más pesado posible ?
• Cromodinámica cuántica :
  • ¿Cuáles son las fases de la materia que interactúa fuertemente y qué roles juegan en la evolución del cosmos ?
  • ¿Cuál es la estructura partónica detallada de los nucleones ?
  • ¿Qué determina las características clave de QCD y cuál es su relación con la naturaleza de la gravedad y el espacio-tiempo ?
  • ¿Qué predice QCD para las propiedades de la materia que interactúa fuertemente?
  • ¿QCD realmente carece de violaciones de CP ?
  • ¿ Existen bolas de pegamento ?
  • ¿Los gluones adquieren masa dinámicamente a pesar de tener una masa en reposo cero , dentro de los hadrones ?
• Strangelets : ¿Existe la materia de quarks extraños (Strangelet) como estado estable?

Física del plasma

• Aceleración de Fermi : 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 funcione en ellas. ^[78]
• Turbulencia magnetohidrodinámica: Turbulencia alfvénica : en el viento solar y la turbulencia en las erupciones solares, las eyecciones de masa coronal y las subtormentas magnetosféricas son problemas importantes sin resolver en la física del plasma espacial. ^[79]
• Física del plasma y energía de fusión : la energía de fusión puede potencialmente proporcionar energía a partir de recursos abundantes (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) el tiempo suficiente y a una temperatura lo suficientemente alta como para crear energía de fusión?
  • ¿Cuál es el origen físico del modo H ? ^[80]
• Plasma de quark-gluón :
  • ¿Dónde está el inicio del desconfinamiento ?
    • 1) ¿en función de la temperatura y los potenciales químicos?
    • 2) ¿en función de la energía relativista de colisión de iones pesados y el tamaño del sistema?
  • ¿Cuál es el mecanismo de detención de la energía y el número de bariones que conduce a la creación de plasma de quark-gluón en colisiones relativistas de iones pesados?
  • ¿Por qué la hadronización repentina y el modelo de hadronización estadística son una descripción casi perfecta de la producción de hadrones a partir del plasma de quarks y gluones?
  • ¿Se conserva el sabor del quark en el plasma de quark-gluón?
  • ¿La extrañeza y el encanto están en equilibrio químico en el plasma de quarks y gluones?
  • ¿La extrañeza en el plasma de quark-gluón fluye a la misma velocidad que los sabores de quark arriba y abajo?
  • ¿Por qué la materia desconfinida 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 evolutivas de Balitsky – Fadin – Kuarev– Lipatov , Balitsky – Kovchegov , Catani – Ciafaloni – Fiorani – Marchesini ?

Gravedad cuántica

• Agujeros negros , paradoja de la información de los agujeros negros y radiación de los agujeros negros :
  • ¿Los agujeros negros producen radiación térmica, como se esperaba en términos teóricos? ^[81]
    • ¿Contiene esta radiación información sobre su estructura interna, como sugiere la dualidad calibre-gravedad , o no, como implica el cálculo original de Hawking ?
      • Si no es así, y los agujeros negros pueden evaporarse, ¿qué sucede con la información almacenada en ellos (dado que la mecánica cuántica no prevé la destrucción de la información)? ¿O la radiación se detiene en algún momento dejando restos de un agujero negro?
  • ¿Hay otra forma de sondear su estructura interna de alguna manera, si tal estructura existe ?
• La hipótesis de la censura cósmica y la conjetura de protección cronológica :
  • ¿No pueden surgir las singularidades ocultas detrás de un horizonte de sucesos, conocidas como " singularidades desnudas " de condiciones iniciales realistas, o es posible probar alguna versión de la "hipótesis de la censura cósmica" de Roger Penrose que propone que esto es imposible? ^[82]
  • De manera similar, las curvas cerradas en forma de tiempo que surgen en algunas soluciones a las ecuaciones de la relatividad general (y que implican la posibilidad de un viaje en el tiempo hacia atrás ) serán descartadas por una teoría de la gravedad cuántica que une la relatividad general con la mecánica cuántica, como sugiere la teoría de la gravedad cuántica. ¿"Conjetura de protección cronológica" de Stephen Hawking ?
• Problema cosmológico constante - Catástrofe del vacío : ¿Por qué la masa predicha del vacío cuántico tiene poco efecto sobre la expansión del universo? ^[64]
• Gravedad cuántica :
  • ¿Se pueden realizar la mecánica cuántica y la relatividad general como una teoría totalmente coherente (tal vez como una teoría cuántica de campos )? ^[83]
  • ¿Es el espacio-tiempo fundamentalmente continuo o discreto?
  • ¿Una teoría consistente implicaría una fuerza mediada por un gravitón hipotético , o sería un producto de una estructura discreta del propio espacio-tiempo (como en la gravedad cuántica de bucles )? ¿Existen desviaciones de las predicciones de la relatividad general a escalas muy pequeñas o muy grandes o en otras circunstancias extremas que fluyen de un mecanismo de gravedad cuántica?

Ver también

• El sexto problema de Hilbert
• Listas de problemas no resueltos
• Paradoja física

Referencias

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enlaces externos

• ¿Qué problemas de la física y la astrofísica parecen ahora ser especialmente importantes e interesantes (treinta años después, ya al borde del siglo XXI)? VL Ginzburg, Physics-Uspekhi 42 (4) 353–373, 1999
• ¿Qué es lo que no sabemos? Proyecto especial de la revista científica para su 125 aniversario: 25 preguntas principales y 100 más.
• Lista de enlaces a problemas no resueltos en física, premios e investigación.
• Ideas basadas en lo que nos gustaría lograr
• 2004 SLAC Summer Institute: Los mayores rompecabezas de la naturaleza
• La doble personalidad del vidrio explicada por fin
• Lo que sabemos 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