قائمة بالمسائل غير المحلولة في الفيزياء

تتضمن بعض مسائل الفيزياء الرياضية قوائم بارزة للمسائل غير المحلولة في الرياضيات ، ومنها:

• المسألة السادسة من مسائل هيلبرت لعام 1900 المتعلقة بوضع بديهيات الفيزياء، إما أنها غير محددة بشكل جيد أو تم حلها جزئياً. ^{[ 16 ]}
• لا تزال مشكلتا وجود وسلاسة معادلات نافيير-ستوكس ووجود وفجوة الكتلة لمعادلات يانغ-ميلز من مسائل جائزة الألفية دون حل. ^{[ 17 ]}
• إن سلاسة نافيير-ستوكس هي أيضًا مشكلة سميل الخامسة عشرة من عام 1998. ^{[ 18 ]}
• أصدرت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة الأمريكية (DARPA) 23 تحديًا رياضيًا في عام 2008. وشملت مسائل الفيزياء ما يلي: تطوير تقنيات نمذجة ديناميكيات الموائع والمادة اللينة ، وتطوير الرياضيات للحوسبة الكمومية ، وتطبيق نظرية الحقل الكمومي ومبادئ الفعل على علم الأحياء، وإيجاد علاقة بين برنامج لانجلاندز الهندسي والفيزياء الكمومية. ^{[ 8 ] [ 19 ] [ 20 ]}

• نظرية كل شيء : هل يوجد إطار نظري واحد وشامل ومتماسك للفيزياء يشرح ويربط بشكل كامل جميع الجوانب الفيزيائية للكون ؟ ^{[ 21 ]}
• الثوابت الفيزيائية عديمة الأبعاد : في الوقت الراهن، لا يمكن حساب قيم العديد من الثوابت الفيزيائية عديمة الأبعاد ؛ إذ لا يمكن تحديدها إلا بالقياس الفيزيائي. ^{[ 22 ] [ 23 ]} ما هو الحد الأدنى لعدد الثوابت الفيزيائية عديمة الأبعاد التي يمكن اشتقاق جميع الثوابت الفيزيائية عديمة الأبعاد الأخرى منها؟ وهل الثوابت الفيزيائية ذات الأبعاد ضرورية أصلاً؟ ^{[ 24 ]}

• الجاذبية الكمومية : هل يمكن تحقيق ميكانيكا الكم والنسبية العامة كنظرية متسقة تمامًا (ربما كنظرية حقل كمومي )؟ ^{[ 25 ]} هل الزمكان متصل أم منفصل في جوهره؟ هل تتضمن النظرية المتسقة قوةً تتوسطها غرافيتون افتراضية ، أم أنها نتاج بنية منفصلة للزمكان نفسه (كما في الجاذبية الكمومية الحلقية )؟ هل توجد انحرافات عن تنبؤات النسبية العامة على نطاقات صغيرة جدًا أو كبيرة جدًا أو في ظروف متطرفة أخرى ناتجة عن آلية الجاذبية الكمومية؟
• الثقوب السوداء ، ومفارقة معلومات الثقوب السوداء ، وإشعاع الثقوب السوداء : هل تُصدر الثقوب السوداء إشعاعًا حراريًا، كما هو متوقع نظريًا؟ ^{[ 26 ]} هل يحتوي هذا الإشعاع على معلومات حول بنيتها الداخلية، كما يُشير إليه ازدواجية القياس والجاذبية ، أم لا، كما يُشير إليه حساب هوكينغ الأصلي؟ إذا لم يكن الأمر كذلك، وإذا كان بإمكان الثقوب السوداء أن تتبخر، فماذا يحدث للمعلومات المخزنة فيها (بما أن ميكانيكا الكم لا تُجيز تدمير المعلومات)؟ أم أن الإشعاع يتوقف عند نقطة ما، تاركًا بقايا الثقوب السوداء؟ هل هناك طريقة أخرى لاستكشاف بنيتها الداخلية، إن وُجدت أصلًا ؟
• فرضية الرقابة الكونية وفرضية حماية التسلسل الزمني : هل يمكن أن تنشأ حالات التفرد غير المخفية خلف أفق الحدث، والمعروفة باسم " حالات التفرد العارية "، من ظروف أولية واقعية، أم أنه من الممكن إثبات صيغة ما من "فرضية الرقابة الكونية" لروجر بنروز التي تقترح استحالة ذلك؟ ^{[ 27 ]} وبالمثل، هل سيتم استبعاد المنحنيات الزمنية المغلقة التي تظهر في بعض حلول معادلات النسبية العامة (والتي تشير إلى إمكانية السفر عبر الزمن إلى الوراء ) بواسطة نظرية الجاذبية الكمومية التي توحد النسبية العامة مع ميكانيكا الكم، كما اقترحت "فرضية حماية التسلسل الزمني" لستيفن هوكينج ؟
• مبدأ الهولوغرافيا : هل صحيح أن الجاذبية الكمومية تقبل وصفًا منخفض الأبعاد لا يتضمن الجاذبية؟ من الأمثلة المفهومة جيدًا للهولوغرافيا تناظر AdS/CFT في نظرية الأوتار . وبالمثل، هل يمكن فهم الجاذبية الكمومية في فضاء دي سيتر باستخدام تناظر dS/CFT ؟ هل يمكن تعميم تناظر AdS/CFT على نطاق واسع ليشمل ازدواجية القياس-الجاذبية لأي خلفيات زمكانية تقاربية؟ هل توجد نظريات أخرى للجاذبية الكمومية، غير نظرية الأوتار، تقبل وصفًا هولوغرافيًا؟
• الزمكان الكمومي أو نشأة الزمكان: هل تختلف طبيعة الزمكان على مقياس بلانك اختلافًا جوهريًا عن الزمكان الديناميكي الكلاسيكي المتصل الموجود في النسبية العامة؟ في جاذبية الكم الحلقية، يُفترض أن الزمكان منفصل منذ البداية. في نظرية الأوتار، على الرغم من أن الزمكان كان يُنظر إليه في الأصل كما هو الحال في النسبية العامة (مع اختلاف وحيد هو التناظر الفائق )، فقد أظهرت الأبحاث الحديثة، التي استندت إلى حدسية ريو-تاكاياناغي، أن الزمكان في نظرية الأوتار ينشأ باستخدام مفاهيم نظرية المعلومات الكمومية، مثل إنتروبيا التشابك في تناظر AdS/CFT. ^{[ 28 ]} ومع ذلك، لا يزال فهم كيفية نشأة الزمكان الكلاسيكي المألوف ضمن نظرية الأوتار أو تناظر AdS/CFT غير واضح تمامًا.
• مشكلة الزمن : في ميكانيكا الكم، يُعدّ الزمن مُعاملًا أساسيًا كلاسيكيًا، وتدفقه كوني ومطلق. أما في النسبية العامة، فيُعتبر الزمن أحد مكونات الزمكان رباعي الأبعاد ، ويتغير تدفقه تبعًا لانحناء الزمكان ومسار الراصد فيه. كيف يُمكن التوفيق بين هذين المفهومين للزمن؟ ^{[ 29 ]}

• نظرية يانغ-ميلز : بالنظر إلى مجموعة قياس مضغوطة عشوائية ، هل توجد نظرية يانغ-ميلز كمومية غير تافهة ذات فجوة كتلة محدودة ؟ (تُدرج هذه المسألة أيضًا كإحدى مسائل جائزة الألفية في الرياضيات.) ^{[ 30 ]}
• نظرية الحقل الكمومي (هذا تعميم للمشكلة السابقة): هل من الممكن بناء نظرية حقل كمومي في الزمكان رباعي الأبعاد بطريقة رياضية دقيقة تتضمن التفاعلات ولا تلجأ إلى أساليب الاضطراب ؟

• التضخم الكوني : هل نظرية التضخم الكوني في بدايات الكون صحيحة، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي تفاصيل هذه الحقبة؟ ما هو حقل التضخم القياسي المفترض الذي أدى إلى هذا التضخم الكوني؟ إذا حدث التضخم في مرحلة ما، فهل هو مستدام ذاتيًا من خلال تضخم التقلبات الكمومية ، وبالتالي مستمر في مكان بعيد للغاية؟ ^{[ 31 ]}
• مشكلة التزامن الكوني : تتشابه كثافتا طاقة المادة المظلمة والطاقة المظلمة في الكون. انخفضت كثافة طاقة المادة المظلمة خلال تطور الكون، مما يعني أنها كانت كبيرة جدًا في الماضي. هل ثمة علاقة بين كثافتي الطاقة هاتين؟ ^{[ 32 ] [ 33 ]}
• مشكلة الأفق : لماذا يبدو الكون البعيد متجانساً للغاية بينما تتنبأ نظرية الانفجار العظيم بوجود تباينات قابلة للقياس أكبر في سماء الليل مما هو مرصود؟ يُعتبر التضخم الكوني عموماً الحل، ولكن هل هناك تفسيرات أخرى محتملة، مثل سرعة الضوء المتغيرة، أكثر ملاءمة؟ ^{[ 34 ]}
• أصل الكون ومستقبله : كيف نشأت الظروف اللازمة لوجود أي شيء؟ هل يتجه الكون نحو تجمد عظيم ، أم تمزق عظيم ، أم انكماش عظيم ، أم ارتداد عظيم ؟
• حجم الكون : يبلغ قطر الكون المرئي حوالي 93  مليار سنة ضوئية (أو ما يعادل نصف قطر يبلغ حوالي 14 جيجا فرسخ فلكي)، ولكن ما هو حجم الكون بأكمله؟ هل الكون لانهائي؟
• عدم تناظر المادة والمادة المضادة: تشير النماذج النظرية إلى أن الكون المبكر كان ينبغي أن ينتج كميات متساوية من المادة والمادة المضادة. ومع ذلك، لا تشير الملاحظات إلى وجود كمية كبيرة من المادة المضادة البدائية. ويُعد فهم الآليات التي أدت إلى هذا التباين مشكلة رئيسية لم تُحل بعد في الفيزياء. ^{[ 35 ] : 22.3.6}
• المبدأ الكوني : هل الكون متجانس ومتناحٍ على نطاقات واسعة بما يكفي، كما ينص عليه المبدأ الكوني وتفترضه جميع النماذج التي تستخدم مقياس فريدمان-لوميتر-روبرتسون-ووكر ، بما في ذلك النسخة الحالية من نموذج ΛCDM ، أم أن الكون غير متجانس أو غير متناحٍ؟ ^{[ 36 ]} هل ثنائي قطب إشعاع الخلفية الكونية الميكروي حركي بحت، أم أنه يشير إلى عدم تناحٍ في الكون، مما يؤدي إلى انهيار مقياس فريدمان-لوميتر-روبرتسون-ووكر والمبدأ الكوني؟ ^{[ 36 ]} هل يُعدّ توتر هابل دليلاً على خطأ المبدأ الكوني؟ ^{[ 36 ]} حتى لو كان المبدأ الكوني صحيحًا، فهل مقياس فريدمان-لوميتر-روبرتسون-ووكر هو المقياس الصحيح لاستخدامه في كوننا؟ ^{[ 37 ] [ 36 ]} هل تُفسَّر الملاحظات التي تُفسَّر عادةً على أنها تسارع في توسع الكون تفسيراً صحيحاً، أم أنها بدلاً من ذلك دليل على أن المبدأ الكوني خاطئ؟ ^{[ 38 ] [ 39 ]}
• مشكلة الثابت الكوني : لماذا لا تتسبب طاقة نقطة الصفر للفراغ في ثابت كوني كبير ؟ ما الذي يلغيها؟ ^{[ 40 ] [ 41 ]}

• المادة المظلمة : ما هي هوية المادة المظلمة؟ ^{[ 34 ]} هل هي جسيم ؟ إذا كان الأمر كذلك، فهل هي جسيم ضعيف التفاعل (WIMP )، أم أكسيون ، أم أخف جسيم فائق (LSP)، أم جسيم آخر؟ أم أن الظواهر المنسوبة إلى المادة المظلمة ناتجة عن نظرية جاذبية بديلة منفصلة تمامًا عن النسبية العامة ؟ على الرغم من الأبحاث المكثفة، لا يزال التركيب الدقيق للمادة المظلمة مجهولًا. ويُستدل عليه من تأثيرات الجاذبية على المادة المرئية والإشعاع وبنية الكون واسعة النطاق. يُعد فهم خصائصها أمرًا بالغ الأهمية لفهم شامل للكون.
• الطاقة المظلمة : ما سبب التوسع المتسارع الملحوظ للكون ( مرحلة دي سيتر )؟ هل تُفسَّر هذه الملاحظات بشكل صحيح على أنها توسع متسارع للكون ، أم أنها دليل على خطأ المبدأ الكوني ؟ ^{[ 38 ] [ 39 ]} لماذا تتساوى كثافة طاقة مكون الطاقة المظلمة مع كثافة المادة حاليًا، على الرغم من اختلاف تطورهما بمرور الوقت؟ هل يُعزى ذلك ببساطة إلى أننا نرصد في الوقت المناسب تمامًا ؟ هل الطاقة المظلمة ثابت كوني بحت، أم أن نماذج الجوهر ، مثل طاقة الأشباح، قابلة للتطبيق؟
• التدفق المظلم : هل قوة الجذب غير الكروية المتناظرة من خارج الكون المرئي مسؤولة عن بعض الحركة المرصودة للأجسام الكبيرة مثل التجمعات المجرية في الكون؟
• شكل الكون : ما هو الفضاء ثلاثي الأبعاد المتحرك ، أي مقطع مكاني متحرك من الكون، والذي يُطلق عليه بشكل غير رسمي "شكل" الكون؟ لا يُعرف حاليًا لا انحناؤه ولا بنيته الطوبولوجية، مع أن الانحناء معروف بأنه "قريب" من الصفر على المقاييس القابلة للملاحظة. هل هذا الشكل غير قابل للقياس؟ أم هو فضاء بوانكاريه؟ أم فضاء ثلاثي الأبعاد آخر؟
• أبعاد إضافية : هل للطبيعة أكثر من أربعة أبعاد للزمكان ؟ إذا كان الأمر كذلك، فما حجمها؟ هل الأبعاد خاصية أساسية للكون أم أنها نتيجة ثانوية لقوانين فيزيائية أخرى؟ هل يمكننا رصد أدلة تجريبية على وجود أبعاد مكانية أعلى؟
• توتر هابل : قيمة ثابت هابل (H₀ ₎ ، التي تُمثل معدل التوسع الحالي للكون، لها قيمتان: إحداهما مستمدة من قياسات قريبة من الكون، والأخرى من قياسات إشعاع الخلفية الكونية الميكروي المُدمجة مع نموذج لامدا-سي دي إم . تختلف هاتان القيمتان بدرجة عالية من الثقة الإحصائية (5.7σ). هل توجد أخطاء قياس منهجية؟ هل يُمثل هذا مشكلة في النموذج الذي حقق نجاحًا واسعًا؟ ^{[ 42 ]}

• مشكلة التسلسل الهرمي : النسبة بين القوة النووية القوية والجاذبية هي من رتبة10-20 ^. لماذا تكون الجاذبية أضعف بكثير من القوة النووية القوية ؟ ^{[ 43 ]}
• الأقطاب المغناطيسية الأحادية : هل وُجدت جسيمات تحمل "شحنة مغناطيسية" في حقبة ماضية ذات طاقة أعلى؟ إذا كان الأمر كذلك، فهل بقي منها شيء اليوم؟ ( أظهر بول ديراك أن وجود بعض أنواع الأقطاب المغناطيسية الأحادية من شأنه أن يفسر تكميم الشحنة .) ^{[ 44 ]}
• لغز عمر النيوترون : على الرغم من دراسة عمر النيوترون لعقود، إلا أنه لا يوجد حاليًا توافق في الآراء حول قيمته الدقيقة، وذلك بسبب اختلاف النتائج بين طريقتين تجريبيتين ("الزجاجة" مقابل "الشعاع"). ^{[ 45 ]}
• اضمحلال البروتون وأزمة اللف المغزلي : هل البروتون مستقر جوهريًا؟ أم أنه يضمحل بعمر محدود كما تنبأت به بعض التوسعات للنموذج القياسي؟ ^{[ 46 ]} كيف تحمل الكواركات والغلوونات اللف المغزلي للبروتونات؟ ^{[ 47 ]}
• التوحيد الكبير: هل القوى الكهرومغناطيسية والنووية جوانب مختلفة لنظرية التوحيد الكبير ؟ إذا كان الأمر كذلك، فما هو التناظر الذي يحكم هذه القوة وسلوكياتها؟ ^{[ 48 ]}
• التناظر الفائق : هل يتحقق التناظر الفائق للزمكان على مستوى طاقة تيرا إلكترون فولت ؟ إذا كان الأمر كذلك، فما هي آلية كسر التناظر الفائق؟ هل يُثبّت التناظر الفائق مقياس التفاعل الكهروضعيف، مانعًا التصحيحات الكمومية العالية؟ هل تُشكّل أخف جسيم متناظر فائق ( LSP ) المادة المظلمة ؟
• حصر اللون : تنص فرضية حصر اللون في الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) على أنه لا يمكن فصل الجسيمات المشحونة لونياً (مثل الكواركات والغلوونات) عن الهادرون الأصلي دون إنتاج هادرونات جديدة. ^{[ 49 ]} هل من الممكن تقديم برهان تحليلي لحصر اللون في أي نظرية قياس غير أبيلية ؟

• فراغ الديناميكا اللونية الكمومية : لا تزال العديد من المعادلات في الديناميكا اللونية الكمومية غير الاضطرابية غير محلولة. هذه الطاقات كافية لتكوين ووصف النوى الذرية . فكيف إذن تُسهم الديناميكا اللونية الكمومية منخفضة الطاقة/غير الاضطرابية في تكوين النوى المعقدة ومكوناتها النووية؟
• أجيال المادة : لماذا توجد ثلاثة أجيال من الكواركات واللبتونات ؟ هل توجد نظرية يمكنها تفسير كتل كواركات ولبتونات معينة في أجيال معينة من المبادئ الأساسية (نظرية اقترانات يوكاوا )؟ ^{[ 50 ]}
• كتلة النيوترينو : ما هي الكتلة المطلقة للنيوترينوات؟ هل هي فرميونات ديراك أم ماجورانا ؟ هل التسلسل الهرمي للكتلة طبيعي أم معكوس؟ هل طور انتهاك تناظر الشحنة الزوجية يساوي صفرًا؟ ^{[ 51 ] [ 52 ]}
• شذوذ النيوترينو المضاد في المفاعلات النووية: ثمة شذوذ في البيانات المتوفرة حول تدفق النيوترينو المضاد من المفاعلات النووية حول العالم. إذ يبدو أن القيم المقاسة لهذا التدفق لا تتجاوز 94% من القيمة المتوقعة نظريًا. ^{[ 53 ]} ولا يُعرف ما إذا كان هذا الشذوذ ناتجًا عن ظواهر فيزيائية غير معروفة (مثل النيوترينوات العقيمة )، أو خطأ تجريبي في القياسات، أو أخطاء في حسابات التدفق النظري. ^{[ 54 ]}
• مشكلة التناظر القوي بين الشحنة والزوجية والأكسيونات : لماذا يظل التفاعل النووي القوي ثابتًا بغض النظر عن التناظر والزوجية ؟ هل نظرية بيتشي-كوين هي الحل لهذه المشكلة؟ هل يمكن أن تكون الأكسيونات المكون الرئيسي للمادة المظلمة ؟
• عزم ثنائي القطب المغناطيسي الشاذ : لماذا تختلف القيمة المقاسة تجريبياً لعزم ثنائي القطب المغناطيسي الشاذ للميون ("muon g − 2 ") اختلافاً كبيراً عن القيمة المتوقعة نظرياً لهذا الثابت الفيزيائي؟ ^{[ 55 ]}
• البنتاكواركات والهادرونات الغريبة الأخرى : ما هي تركيبات الكواركات الممكنة؟ ^{[ 56 ]} هل هي نظام مترابط بقوة من خمسة جسيمات أولية، أم اقتران أضعف ترابطًا بين باريون وميزون ؟ ^{[ 57 ]}
• مشكلة مو : مشكلة في النظريات المتناظرة الفائقة ، تتعلق بفهم أسباب قيم المعلمات في النظرية.
• صيغة كويدي : جانب من جوانب مشكلة توليد الجسيمات . مجموع كتل الليبتونات الثلاثة المشحونة ، مقسومًا على مربع مجموع جذور هذه الكتل، ضمن انحراف معياري واحد للملاحظات، يساوي Q = 2/3 . من غير المعروف كيف تم التوصل إلى هذه القيمة البسيطة ، ولماذا هي المتوسط ​​الحسابي الدقيق للقيم القصوى الممكنة 1/3 ( كتل متساوية) و1 (كتلة واحدة مهيمنة ) .
• المادة الغريبة : هل توجد المادة الغريبة؟ هل هي مستقرة؟ هل يمكنها تكوين نجوم غريبة ؟ هل المادة الغريبة مستقرة عند ضغط صفري (أي في الفراغ)؟
• كرات الغراء : هل هي موجودة في الطبيعة؟
• شذوذ الغاليوم : أسفرت قياسات معدل التقاط التيار المشحون للنيوترينوات على الغاليوم من مصادر مشعة قوية عن نتائج أقل من المتوقع، بناءً على القوة المعروفة للانتقال الرئيسي المدعوم بالنظرية. ^{[ 58 ]}

• الدورة الشمسية : كيف تُولّد الشمس مجالها المغناطيسي واسع النطاق الذي ينعكس دوريًا؟ كيف تُولّد النجوم الأخرى الشبيهة بالشمس مجالاتها المغناطيسية، وما أوجه التشابه والاختلاف بين دورات النشاط النجمي ودورة الشمس؟ ^{[ 59 ]} ما الذي تسبب في الحد الأدنى لموندر وغيره من حالات الحد الأدنى الكبرى، وكيف تتعافى الدورة الشمسية من حالة الحد الأدنى؟
• مشكلة تسخين الهالة الشمسية : لماذا تكون هالة الشمس (طبقة الغلاف الجوي) أكثر سخونة بكثير من سطح الشمس؟ ولماذا يكون تأثير إعادة الاتصال المغناطيسي أسرع بكثير مما تنبأت به النماذج القياسية؟
• النفاثات الفلكية : لماذا تنبعث نفاثات نسبية على طول محاورها القطبية من أقراص تراكمية معينة تحيط بأجرام فلكية محددة ؟ ولماذا توجد تذبذبات شبه دورية في العديد من الأقراص التراكمية؟ ^{[ 60 ]} ولماذا تتناسب دورة هذه التذبذبات عكسيًا مع كتلة الجسم المركزي؟ ^{[ 61 ]} ولماذا توجد أحيانًا نغمات فوقية، ولماذا تظهر بنسب تردد مختلفة في الأجرام المختلفة؟ ^{[ 62 ]}
• نطاقات الامتصاص المنتشرة بين النجوم : ما المسؤول عن خطوط الامتصاص العديدة بين النجوم التي تم رصدها في الأطياف الفلكية؟ هل هي ذات أصل جزيئي، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي الجزيئات المسؤولة عنها؟ وكيف تتشكل؟ ^{[ 63 ] [ 64 ]}
• الثقوب السوداء فائقة الكتلة : ما هو أصل علاقة M-sigma بين كتلة الثقب الأسود فائق الكتلة وتشتت سرعة المجرة؟ ^{[ 65 ]} كيف نمت الثقوب السوداء فائقة الكتلة في أبعد الكوازارات لتصل إلى ¹⁰¹⁰ كتلة شمسية في وقت مبكر من تاريخ الكون؟
• منحدر كويبر : لماذا يتناقص عدد الأجسام في حزام كويبر في النظام الشمسي بسرعة وبشكل غير متوقع بعد نصف قطر 50 وحدة فلكية؟
• شذوذ التحليق القريب : لماذا تختلف الطاقة المرصودة للأقمار الصناعية التي تحلق بالقرب من الأجرام السماوية أحيانًا بمقدار ضئيل عن القيمة المتوقعة نظريًا؟
• مشكلة دوران المجرة : هل المادة المظلمة مسؤولة عن الاختلافات في السرعة المرصودة والنظرية للنجوم التي تدور حول مركز المجرات، أم أن الأمر يتعلق بشيء آخر؟

  

• المستعرات العظمى : ما هي الآلية الدقيقة التي يتحول بها انضغاط نجم يحتضر إلى انفجار؟
• النوى p : ما هي العملية الفيزيائية الفلكية المسؤولة عن تكوين هذه النظائر النادرة؟
• الأشعة الكونية فائقة الطاقة : ^{[ 34 ]} لماذا تبدو بعض الأشعة الكونية وكأنها تمتلك طاقات عالية بشكل غير معقول، مع العلم أنه لا توجد مصادر أشعة كونية ذات طاقة كافية بالقرب من الأرض؟ ولماذا (ظاهريًا) تمتلك بعض الأشعة الكونية المنبعثة من مصادر بعيدة طاقات أعلى من حد غريزن-زاتسيبين-كوزمين ؟ ^{[ 66 ] [ 34 ]}
• معدل دوران زحل : لماذا يُظهر الغلاف المغناطيسي لزحل دورية (بطيئة التغير) قريبة من تلك التي تدور بها سحب الكوكب؟ ما هو معدل الدوران الحقيقي لباطن زحل العميق؟ ^{[ 67 ]}
• أصل المجال المغناطيسي للنجم المغناطيسي : ما هو أصل المجالات المغناطيسية للنجم المغناطيسي ؟
• التباين واسع النطاق : هل الكون متباين الخواص على نطاقات واسعة جدًا ، مما يجعل المبدأ الكوني فرضية غير صالحة؟ إن تباين عدد الجسيمات وشدة ثنائي القطب في موجات الراديو، وفقًا لفهرس مسح السماء NVSS التابع للمرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO VLA) ^{[ 68 ]} ، لا يتوافق مع الحركة المحلية المستمدة من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ^{[ 69 ] [ 70 ]} ، ويشير إلى وجود تباين جوهري في ثنائي القطب. كما تُظهر بيانات الراديو نفسها من NVSS وجود ثنائي قطب جوهري في كثافة الاستقطاب ودرجة الاستقطاب ^{[ 71 ]} في نفس اتجاه تباين عدد الجسيمات وشدتها. وهناك العديد من الملاحظات الأخرى التي تكشف عن تباين واسع النطاق. يُظهر الاستقطاب البصري من الكوازارات محاذاة استقطاب على نطاق واسع جدًا يصل إلى جيجا فرسخ فلكي. ^{[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]} تُظهر بيانات الخلفية الكونية للميكروويف العديد من سمات التباين، ^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]} والتي لا تتفق مع نموذج الانفجار العظيم .
• العلاقة بين العمر والتركيب المعدني في قرص المجرة: هل توجد علاقة عالمية بين العمر والتركيب المعدني في قرص المجرة (سواءً في أجزائه الرقيقة أو السميكة)؟ على الرغم من عدم وجود دليل على وجود علاقة قوية بين العمر والتركيب المعدني في القرص المحلي (الرقيق في الغالب) لمجرة درب التبانة ، ^{[ 79 ]} فقد استُخدمت عينة من 229 نجمًا قريبًا من القرص السميك لدراسة وجود هذه العلاقة في القرص السميك للمجرة، وأشارت النتائج إلى وجودها فيه. ^{[ 80 ] [ 81 ]} وتؤكد أعمار النجوم المستمدة من علم الزلازل النجمية عدم وجود أي علاقة قوية بين العمر والتركيب المعدني في قرص المجرة. ^{[ 82 ]}
• مشكلة الليثيوم : لماذا يوجد تباين بين كمية الليثيوم-7 المتوقع إنتاجها في عملية التخليق النووي للانفجار العظيم والكمية المرصودة في النجوم القديمة جدًا؟ ^{[ 83 ]}
• مصادر الأشعة السينية فائقة اللمعان (ULXs): ما الذي يُغذي مصادر الأشعة السينية غير المرتبطة بنوى مجرية نشطة، ولكنها تتجاوز حد إيدنجتون للنجم النيوتروني أو الثقب الأسود النجمي ؟ هل هي ناتجة عن ثقوب سوداء متوسطة الكتلة ؟ بعض مصادر الأشعة السينية فائقة اللمعان دورية، مما يُشير إلى انبعاث غير متناحٍ من نجم نيوتروني. هل ينطبق هذا على جميع مصادر الأشعة السينية فائقة اللمعان؟ كيف يُمكن لمثل هذا النظام أن يتشكل ويظل مستقرًا؟
• انفجارات الراديو السريعة (FRBs): ما الذي يُسبب هذه النبضات الراديوية العابرة من المجرات البعيدة، والتي لا تدوم إلا بضعة أجزاء من الألف من الثانية؟ لماذا تتكرر بعض انفجارات الراديو السريعة على فترات غير متوقعة، بينما لا يتكرر معظمها؟ تم اقتراح عشرات النماذج، لكن لم يحظَ أي منها بقبول واسع. ^{[ 84 ]}
• أصل الحقول المغناطيسية الكونية: تكشف الملاحظات أن الحقول المغناطيسية موجودة في جميع أنحاء الكون، من المجرات إلى عناقيد المجرات. ومع ذلك، لا تزال الآليات التي ولّدت هذه الحقول المغناطيسية الكونية واسعة النطاق غير واضحة. ويُعدّ فهم أصلها مشكلةً مهمةً لم تُحلّ بعد في الفيزياء الفلكية. ^{[ 85 ]}

• الديناميكا اللونية الكمومية : ما هي أطوار المادة ذات التفاعلات القوية، وما دورها في تطور الكون ؟ ما هو التركيب البارتوني المفصل للنيوكليونات ؟ ماذا تتنبأ الديناميكا اللونية الكمومية بخصائص المادة ذات التفاعلات القوية؟ ما الذي يحدد السمات الرئيسية للديناميكا اللونية الكمومية، وما علاقتها بطبيعة الجاذبية والزمكان ؟ هل تخلو الديناميكا اللونية الكمومية حقًا من انتهاكات تناظر الشحنة الزوجية ؟
• بلازما الكوارك-غلوون : أين تبدأ عملية فك الحصر ؟ 1) كدالة لدرجة الحرارة والكمون الكيميائي؟ 2) كدالة لطاقة تصادم الأيونات الثقيلة النسبية وحجم النظام؟ ما هي آلية توقف الطاقة وعدد الباريونات المؤدية إلى تكوين بلازما الكوارك-غلوون في تصادمات الأيونات الثقيلة النسبية؟ لماذا يُعدّ التكوين المفاجئ للهادرونات ونموذج التكوين الإحصائي للهادرونات وصفًا شبه مثالي لإنتاج الهادرونات من بلازما الكوارك-غلوون؟ هل نكهة الكوارك محفوظة في بلازما الكوارك-غلوون؟ هل نكهتا الغرابة والسحر في حالة توازن كيميائي في بلازما الكوارك-غلوون؟ هل تتدفق الغرابة في بلازما الكوارك-غلوون بنفس سرعة نكهتي الكوارك العلوي والسفلي؟ لماذا تُظهر المادة غير المحصورة تدفقًا مثاليًا ؟
• نماذج محددة لتكوين بلازما الكواركات والغلوونات: هل تصل الغلوونات إلى حد التشبع عندما يكون عدد شغلها كبيرًا؟ هل تُشكّل الغلوونات نظامًا كثيفًا يُسمى مكثف الزجاج اللوني ؟ ما هي المؤشرات والأدلة على معادلات التطور الخاصة بـ Balitsky–Fadin–Kuraev–Lipatov (BFKL) و Balitsky–Kovchegov (BK) و Catani–Ciafaloni–Fiorani–Marchesini (CCFM)؟
• النوى والفيزياء الفلكية النووية : ما طبيعة القوة النووية التي تربط البروتونات والنيوترونات لتكوين نوى مستقرة ونظائر نادرة؟ ما تفسير تأثير EMC ؟ ما طبيعة الإثارات الغريبة في النوى على حدود الاستقرار ودورها في العمليات النجمية؟ ما طبيعة النجوم النيوترونية والمادة النووية الكثيفة ؟ ما أصل العناصر في الكون ؟ ما التفاعلات النووية التي تُحرك النجوم والانفجارات النجمية؟ ما هو أثقل عنصر كيميائي ممكن ؟

• ما هي الشروط التي تسمح بوجود حلول سلسة لمعادلات نافيير-ستوكس ، وهي المعادلات التي تصف تدفق سائل لزج ؟ تُعد هذه المسألة، بالنسبة لسائل غير قابل للانضغاط في ثلاثة أبعاد، إحدى مسائل جائزة الألفية في الرياضيات. ^{[ 86 ]}
• التدفق المضطرب : هل من الممكن وضع نموذج نظري لوصف إحصائيات التدفق المضطرب (وخاصة بنيته الداخلية)؟ ^{[ 66 ]}
• الحمل الحراري الحبيبي : لماذا تُظهر المواد الحبيبية المعرضة للاهتزاز أو الرج أنماط دوران مشابهة لأنواع الحمل الحراري للسوائل ؟ ولماذا تستقر أكبر الجسيمات على سطح مادة حبيبية تحتوي على خليط من أجسام مختلفة الأحجام عند تعرضها للاهتزاز/الرج؟ ^{[ 87 ]}

• الموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية : ما هي الآلية التي تجعل بعض المواد تُظهر خاصية الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أعلى بكثير من 25 كلفن تقريبًا ؟ هل من الممكن صنع مادة موصلة فائقة عند درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي ؟ ^{[ 66 ]}
• المواد الصلبة غير المتبلورة : ما طبيعة التحول الزجاجي بين الحالة السائلة أو الصلبة العادية والحالة الزجاجية ؟ ما هي العمليات الفيزيائية التي تُؤدي إلى الخصائص العامة للزجاج والتحول الزجاجي؟ ^{[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]}
• عمومية المواد الصلبة غير المتبلورة عند درجات الحرارة المنخفضة : لماذا تكون النسبة الصغيرة عديمة الأبعاد لطول موجة الفونون إلى متوسط ​​مساره الحر متقاربة جدًا بالنسبة لمجموعة كبيرة جدًا من المواد الصلبة غير المنتظمة؟ ^{[ 91 ] [ 92 ]} تُلاحظ هذه النسبة الصغيرة لنطاق واسع جدًا من ترددات الفونون.
• انبعاث الإلكترونات في درجات الحرارة المنخفضة: لماذا يزداد انبعاث الإلكترونات في غياب الضوء مع انخفاض درجة حرارة المضاعف الضوئي ؟ ^{[ 93 ] [ 94 ]}
• التلألؤ الصوتي : ما الذي يسبب انبعاث ومضات ضوئية قصيرة من فقاعات تنفجر في سائل عند إثارتها بالصوت؟ ^{[ 95 ] [ 96 ]}
• الترتيب الطوبولوجي : هل الترتيب الطوبولوجي مستقر عند درجة حرارة غير صفرية ؟ وبصورة مكافئة، هل من الممكن الحصول على ذاكرة كمومية ثلاثية الأبعاد ذاتية التصحيح ؟ ^{[ 97 ]}
• عملية ضغط كتل القياس : ما هي الآلية التي تسمح بضغط كتل القياس معًا؟

• تأثير هول الكسري : ما الآلية التي تفسر وجود الحالة u = 5/2 في تأثير هول الكمي الكسري ؟ هل يصف هذا التأثير الجسيمات شبه الحقيقية ذات الإحصاءات الكسرية غير الأبيلية ؟ ^{[ 98 ]}
• البلورات السائلة : هل يمكن وصف التحول الطوري من الطور النيماتيكي إلى الطور السمتيكي (أ) في حالات البلورات السائلة بأنه تحول طوري عالمي ؟ ^{[ 99 ] [ 100 ]}
• البلورات النانوية لأشباه الموصلات : ما هو سبب عدم التكافؤ في اعتماد الطاقة على الحجم بالنسبة لأدنى انتقال امتصاص ضوئي للنقاط الكمومية ؟ ^{[ 101 ]}
• نمو الشعيرات المعدنية : في الأجهزة الكهربائية، قد تنمو شعيرات معدنية دقيقة تلقائيًا على بعض الأسطح المعدنية، مما قد يؤدي إلى أعطال في المعدات. ورغم أن الإجهاد الميكانيكي الانضغاطي معروف بتحفيزه لتكوّن هذه الشعيرات، إلا أن آلية نموها لم تُحدد بعد.
• الانتقال إلى حالة الميوعة الفائقة في الهيليوم-4 : شرح التباين بين التحديدات التجريبية ^{[ 102 ]} والنظرية ^{[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]} للأس الحرج للسعة الحرارية α . ^{[ 106 ]}
• تأثير شارنهورست : هل يمكن للإشارات الضوئية أن تنتقل بسرعة أكبر قليلاً من سرعة الضوء (c) بين لوحين موصلين متقاربين، مستغلة تأثير كازيمير ؟ ^{[ 107 ]}

• مشكلة العتبة : هل يمكننا تجاوز عصر الحوسبة الكمومية متوسطة النطاق المليء بالتشويش ؟ هل يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الوصول إلى مستوى تحمل الأخطاء ؟ هل من الممكن تحقيق قابلية توسع كافية للكيوبتات لتنفيذ تصحيح الأخطاء الكمومية ؟ ما هي المنصات المرشحة الأكثر واعدة لتنفيذ الكيوبتات فعليًا؟ ^{[ 108 ]}
• الكيوبتات الطوبولوجية: تُعدّ الحواسيب الكمومية الطوبولوجية واعدة، ولكن هل يمكن بناؤها؟ هل يمكننا إثبات أنماط ماجورانا الصفرية بشكل قاطع؟ ^{[ 109 ]}
• درجة الحرارة: هل يمكن إجراء الحوسبة الكمومية في درجات حرارة غير منخفضة للغاية؟ هل يمكننا بناء أجهزة كمبيوتر كمومية تعمل في درجة حرارة الغرفة؟ ^{[ 110 ]}
• مسائل فئات التعقيد: ما العلاقة بين BQP و BPP ؟ ما العلاقة بين BQP و NP ؟ هل يمكن للحساب في النظريات الفيزيائية المعقولة (الخوارزميات الكمومية) أن يتجاوز BQP؟ ^{[ 108 ]}
• التشفير ما بعد الكمومي : هل يمكننا إثبات أن بعض بروتوكولات التشفير آمنة ضد الحواسيب الكمومية؟ ^{[ 108 ]}
• السعة الكمومية : بشكل عام، لا تُعرف سعة القناة الكمومية. ^{[ 111 ]}

• فيزياء البلازما وطاقة الاندماج : قد توفر طاقة الاندماج طاقةً من مورد وفير (مثل الهيدروجين) دون النفايات المشعة التي تنتجها طاقة الانشطار حاليًا. ولكن، هل يمكن حصر الغازات المتأينة (البلازما) لفترة كافية وعند درجة حرارة عالية بما يكفي لتوليد طاقة الاندماج؟ ما هو الأصل الفيزيائي لنمط H ؟ ^{[ 112 ]}
• مشكلة الحقن : يُعتقد أن تسارع فيرمي هو الآلية الأساسية التي تُسرّع الجسيمات الفيزيائية الفلكية إلى طاقات عالية. ومع ذلك، فإنه من غير الواضح ما هي الآلية التي تجعل هذه الجسيمات تمتلك في البداية طاقات عالية بما يكفي لكي يعمل عليها تسارع فيرمي. ^{[ 113 ]}
• اضطراب ألففين : في الرياح الشمسية، والاضطراب في التوهجات الشمسية ، والانبعاثات الكتلية الإكليلية ، والعواصف المغناطيسية الفرعية ، هي مشاكل رئيسية لم يتم حلها في فيزياء بلازما الفضاء. ^{[ 114 ]}
• البرق الكروي : الطبيعة الفيزيائية الدقيقة لهذا اللغز في الكهرباء الجوية. ^{[ 115 ]}

• التولد التلقائي : هل يمكن خلق الحياة من العمليات الفيزيائية وحدها؟ ^{[ 14 ]}
• العشوائية ومقاومة التشويش في التعبير الجيني : كيف تتحكم الجينات في أجسامنا، متجاوزةً الضغوط الخارجية المختلفة والعشوائية الداخلية ؟ توجد نماذج معينة للعمليات الجينية، لكننا ما زلنا بعيدين عن فهم الصورة الكاملة، لا سيما في مرحلة النمو حيث يجب تنظيم التعبير الجيني بدقة.
• دراسة كمية للجهاز المناعي : ما هي الخصائص الكمية للاستجابات المناعية ؟ ما هي اللبنات الأساسية لشبكات الجهاز المناعي ؟
• التماثل الكيميائي : ما هو أصل غلبة المتماثلات الضوئية المحددة في الأنظمة الكيميائية الحيوية ؟
• الاستقبال المغناطيسي : كيف تستشعر الحيوانات (مثل الطيور المهاجرة) المجال المغناطيسي للأرض؟
• التنبؤ ببنية البروتين : كيف تُحدد البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات من خلال تسلسل الأحماض الأمينية أحادي البعد؟ كيف يمكن للبروتينات أن تتشكل على نطاق زمني يتراوح بين الميكروثانية والثانية، في حين أن عدد التشكيلات الممكنة هائل، وتحدث التحولات التشكيلية على نطاق زمني يتراوح بين البيكوثانية والميكروثانية؟ هل يمكن كتابة خوارزميات للتنبؤ بالبنية ثلاثية الأبعاد للبروتين انطلاقًا من تسلسله؟ هل تتطابق البنى الأصلية لمعظم البروتينات الموجودة في الطبيعة مع الحد الأدنى العالمي للطاقة الحرة في فضاء التشكيل؟ أم أن معظم التشكيلات الأصلية غير مستقرة ديناميكيًا حراريًا، ولكنها محصورة حركيًا في حالات شبه مستقرة؟ ما الذي يمنع ترسب الكثافة العالية للبروتينات الموجودة داخل الخلايا؟ ^{[ 116 ]}
• علم الأحياء الكمي : هل يمكن الحفاظ على التماسك في الأنظمة البيولوجية لفترات زمنية طويلة بما يكفي لتكون ذات أهمية وظيفية؟ هل هناك جوانب غير بديهية في علم الأحياء أو الكيمياء الحيوية لا يمكن تفسيرها إلا باستمرار التماسك كآلية؟
• الفهم الفيزيائي لعلم الأحياء: هل يمكن كتابة علم الأحياء بدلالة القوانين الأساسية؟ هل يمكن استخدام مبادئ الفعل الأساسية والتناظرات لفهم المفاهيم البيولوجية مثل المتانة ، والنمطية ، وقابلية التطور ، والتنوع ؟ لقد كانت نظرية الكم ونظرية المجال الإحصائي مفيدة في تطور الفيروسات، فهل يمكن تطوير هذه التقنيات لدراسة الكائنات الحية الأكبر حجمًا؟ ^{[ 20 ]}

• تفسير ميكانيكا الكم : كيف يُؤدي الوصف الكمي للواقع، والذي يتضمن عناصر مثل تراكب الحالات وانهيار الدالة الموجية أو التفكك الكمي ، إلى نشوء الواقع الذي نُدركه؟ ^{[ 66 ]} وبصيغة أخرى، يتعلق هذا السؤال بمشكلة القياس : ما الذي يُشكّل "قياسًا" يُؤدي ظاهريًا إلى انهيار الدالة الموجية إلى حالة مُحددة؟ على عكس العمليات الفيزيائية الكلاسيكية، لا يُمكن لبعض العمليات في ميكانيكا الكم (مثل النقل الكمي الناجم عن التشابك الكمي ) أن تكون "محلية" و"سببية" و"حقيقية" في آنٍ واحد، ولكن ليس من الواضح أيًّا من هذه الخصائص يجب التضحية بها، ^{[ 117 ]} أو ما إذا كانت محاولة وصف العمليات في ميكانيكا الكم بهذه المعاني خطأً تصنيفيًا بحيث يُؤدي الفهم الصحيح لميكانيكا الكم إلى جعل السؤال بلا معنى.
• سهم الزمن (مثل سهم الزمن الخاص بالإنتروبيا ): لماذا للزمن اتجاه؟ لماذا كانت إنتروبيا الكون منخفضة جدًا في الماضي، ولماذا يرتبط الزمن بالزيادة الكونية (وليس المحلية) في الإنتروبيا، من الماضي إلى المستقبل، وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ؟ ^{[ 66 ]} لماذا تُلاحظ انتهاكات تناظر الشحنة الزوجية (CP) في بعض اضمحلالات القوة الضعيفة، وليس في غيرها؟ هل انتهاكات تناظر الشحنة الزوجية ناتجة بطريقة ما عن القانون الثاني للديناميكا الحرارية، أم أنها سهم زمني منفصل؟ هل هناك استثناءات لمبدأ السببية ؟ هل يوجد ماضٍ واحد ممكن؟ هل اللحظة الحالية متميزة فيزيائيًا عن الماضي والمستقبل، أم أنها مجرد خاصية ناشئة عن الوعي ؟ ما الذي يربط سهم الزمن الكمومي بسهم الزمن الديناميكي الحراري؟
• الموضعية : هل توجد ظواهر غير موضعية في فيزياء الكم؟ ^{[ 118 ] [ 119 ]} إذا كانت موجودة، فهل تقتصر الظواهر غير الموضعية على التشابك الذي يتجلى في انتهاكات متراجحات بيل ، أم أن المعلومات والكميات المحفوظة يمكنها أيضًا أن تتحرك بطريقة غير موضعية؟ في ظل أي ظروف تُلاحظ الظواهر غير الموضعية؟ ماذا يعني وجود أو عدم وجود ظواهر غير موضعية فيما يتعلق بالبنية الأساسية للزمكان؟ كيف يُسهم ذلك في توضيح التفسير الصحيح للطبيعة الأساسية لفيزياء الكم؟
• العقل الكمومي : هل تلعب الظواهر الميكانيكية الكمومية ، مثل التشابك والتراكب ، دورًا مهمًا في وظيفة الدماغ، وهل يمكنها تفسير الجوانب الحاسمة للوعي ؟ ^{[ 120 ]}
• لانجلاندز الهندسية والفيزياء: هل يمكن لبرنامج لانجلاندز المتعلق بنظرية التمثيل أن يفسر تناظرات الفيزياء، والعكس صحيح؟ ^{[ 20 ]}

• إجراء تجربة اختبار بيل الخالية من الثغرات (1970 ^{[ 121 ]} - 2015): في أكتوبر 2015، أفاد علماء من معهد كافلي لعلوم النانو أن فشل فرضية المتغير الخفي المحلي مدعوم بمستوى ثقة 96% استنادًا إلى دراسة "اختبار بيل الخالي من الثغرات". ^{[ 122 ] [ 123 ]} وقد تم تأكيد هذه النتائج من خلال دراستين ذواتي دلالة إحصائية تتجاوز 5 انحرافات معيارية، نُشرتا في ديسمبر 2015. ^{[ 124 ] [ 125 ]}

• وجود موجات الجاذبية (1916-2016): في 11 فبراير 2016، أعلن فريق Advanced LIGO أنهم اكتشفوا بشكل مباشر موجات الجاذبية من زوج من الثقوب السوداء المندمجة ، ^{[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ]} والذي كان أيضًا أول اكتشاف لثقب أسود ثنائي نجمي.
• الحل العددي للثقب الأسود الثنائي (الستينيات - 2005): تم التوصل إلى الحل العددي لمسألة الجسمين في النسبية العامة بعد أربعة عقود من البحث. وقد ابتكرت ثلاث مجموعات تقنيات رائدة في عام 2005 ( عام 2005 ، وهو عامٌ يُعتبر من أروع أعوام النسبية العددية ). ^{[ 129 ]}
• مشكلة عمر الكون (عشرينات وتسعينيات القرن العشرين): كان العمر المُقدَّر للكون أصغر بنحو 3 إلى 8 مليارات سنة من تقديرات أعمار أقدم النجوم في مجرة ​​درب التبانة. وقد ساهمت التقديرات الأفضل للمسافات إلى النجوم، وإدراك التسارع في توسع الكون، في التوفيق بين تقديرات العمر.

• وجود الخماسي كواركات (1964-2015): في يوليو 2015، حدد تعاون LHCb في CERN الخماسي كواركات في قناة Λ ⁰ _b →J/ψK ⁻ p ، والتي تمثل اضمحلال باريون لامدا السفلي (Λ ⁰ _b ) إلى ميسون J/ψ (J/ψ) ، كاون (K ^-) وبروتون (p). أظهرت النتائج أنه في بعض الأحيان، بدلاً من التحلل مباشرةً إلى ميزونات وباريونات، يتحلل Λ 0 ^b عبر حالات خماسية وسيطة. الحالتان، المسميتان P ⁺ _c (4380) _و P + ^c ₍ 4450) ، لهما دلالة إحصائية فردية تبلغ 9 σ و 12 σ على التوالي، ودلالة مشتركة تبلغ 15 σ - وهو ما يكفي لاعتبارهما اكتشافًا رسميًا. لوحظ أن حالتي الخماسية تتحللان بقوة إلى J/ψp ، وبالتالي يجب أن تحتويان على محتوى كواركي تكافؤي من كواركين علويين ، وكوارك سفلي ، وكوارك ساحر ، وكوارك ساحر مضاد ( u u d c c )، مما يجعلهما خماسيات شارمونيوم . ^{[ 130 ]}   
• تم اكتشاف وتأكيد وجود بلازما الكوارك-غلوون ، وهي حالة جديدة من حالات المادة، في تجارب أجريت في مركز سيرن - مسرع البروتونات الفائق (2000)، ومختبر بروكهافن الوطني - مصادم الأيونات الثقيلة النسبية (2005)، ومركز سيرن - مصادم الهادرونات الكبير (2010). ^{[ 131 ]}
• بوزون هيغز وكسر التناظر الكهروضعيف (1963 ^{[ 132 ]} – 2012): تم حل الآلية المسؤولة عن كسر تناظر القياس الكهروضعيف، مما يمنح كتلة لبوزوني W وZ ، باكتشاف بوزون هيغز في النموذج القياسي ، مع اقتراناته المتوقعة بالبوزونات الضعيفة. لم يُرصد أي دليل على حل ديناميكي قوي، كما اقترحه تكنيكولور .
• أصل كتلة معظم الجسيمات الأولية: تم حله باكتشاف بوزون هيغز ، مما يعني وجود مجال هيغز الذي يعطي الكتلة لهذه الجسيمات.
• لغز نصف قطر البروتون : أظهر قياسٌ أُجري عام 2010 لنصف قطر شحنة البروتون قيمةً أصغر بكثير من القياسات السابقة. وقد دعمت القياسات التي أُجريت منذ عام 2019 هذه القيمة الأصغر .0.8409(4)  fm . ^{[ 133 ] [ 134 ]} كما أيدت إعادة تحليل البيانات القديمة في عام 2022 باستخدام نموذج نظري منقح القيمة الأصغر. ^{[ 135 ]}

• أصل انفجار أشعة غاما القصير (1993 ^{[ 136 ]} – 2017): نتج عن اندماج نجمين نيوترونيين ، مما أدى إلى انفجار كيلونوفا وانفجار أشعة غاما قصير GRB 170817A، والذي تم رصده في كل من الموجات الكهرومغناطيسية وموجات الجاذبية GW170817 . ^{[ 137 ] [ 138 ]}
• مشكلة الباريونات المفقودة (1998 ^{[ 139 ]} – 2017): أُعلن عن حلها في أكتوبر 2017، حيث تم تحديد مواقع الباريونات المفقودة في الغاز بين المجرات الساخن. ^{[ 140 ] [ 141 ]}
• انفجارات أشعة غاما طويلة الأمد (1993 ^{[ 136 ]} – 2003): ترتبط هذه الانفجارات بموت النجوم الضخمة في نوع محدد من الأحداث الشبيهة بالمستعر الأعظم ، والمعروفة باسم " الانهيار النجمي ". مع ذلك، توجد أيضًا انفجارات أشعة غاما طويلة الأمد تُظهر أدلةً تُعارض ارتباطها بمستعر أعظم، مثل حدث سويفت GRB 060614 .
• مشكلة النيوترينو الشمسي (1968 ^{[ 142 ]} –2001): تم حلها من خلال فهم جديد لفيزياء النيوترينو ، مما يتطلب تعديل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات - على وجه التحديد، تذبذب النيوترينو .
• مشكلة وفرة العناصر الشمسية (1998-2022 ^{[ 143 ]} ): تم حل التباين بين تقديرات وفرة العناصر الشمسية من التحليل الطيفي الفلكي وعلم الزلازل الشمسية من خلال قياسات محدثة لوفرة العناصر الشمسية من التحليل الطيفي الفلكي. ^{[ 144 ]}
• تم حل التباين في قياسات دوران نواة زحل بين بيانات فوياجر 2 وكاسيني -هويجنز في عام 2015 من خلال تحديدها من مجال جاذبيته. ^{[ 145 ]}

• وجود البلورات الزمنية (2012-2016): طُرحت فكرة البلورة الزمنية الكمومية لأول مرة نظريًا عام 2012 على يد فرانك ويلكزك . ^{[ 146 ] [ 147 ]} وفي عام 2016، اقترح كل من خيماني وآخرون ^{[ 148 ]} وإلس وآخرون ^{[ 149 ]} ، بشكل مستقل، أن أنظمة الدوران الكمومي المُحفَّزة دوريًا قد تُظهر سلوكًا مشابهًا. وفي عام 2016 أيضًا، اقترح نورمان ياو وزملاؤه في بيركلي طريقة مختلفة لإنشاء بلورات زمنية منفصلة في أنظمة الدوران. ^{[ 150 ]} ثم استخدم فريقان هذه الطريقة، أحدهما بقيادة كريستوفر مونرو في جامعة ميريلاند ، والآخر بقيادة ميخائيل لوكين في جامعة هارفارد ، حيث تمكن كلاهما من تقديم أدلة على وجود البلورات الزمنية في المختبر، مُظهرين أن الأنظمة أظهرت، لفترات زمنية قصيرة، ديناميكيات مشابهة لتلك المتوقعة. ^{[ 151 ] [ 152 ]}
• أزمة نقص إنتاج الفوتونات (2014-2015): تم حل هذه المشكلة بواسطة خير وسرياناند. ^{[ 153 ]} حيث أظهرا أنه يمكن بسهولة الحصول على معدل تأين ضوئي للمجرات يتراوح بين ضعفين إلى خمسة أضعاف باستخدام أحدث عمليات رصد الكوازارات والمجرات. وتشير عمليات الرصد الحديثة للكوازارات إلى أن مساهمة الكوازارات في فوتونات الأشعة فوق البنفسجية أكبر بمرتين من التقديرات السابقة، بينما تبلغ مساهمة المجرات المُعدّلة ثلاثة أضعاف. وبذلك، تُحل الأزمة.
• شذوذ هيباركوس (1997 ^{[ 154 ]} – 2012): قاس القمر الصناعي هيباركوس، وهو قمر صناعي عالي الدقة لجمع بيانات اختلاف المنظر، اختلاف المنظر لمجموعة الثريا النجمية ، وحدد مسافة 385 سنة ضوئية. وقد اختلف هذا القياس اختلافًا كبيرًا عن القياسات الأخرى التي أُجريت باستخدام نسبة السطوع الفعلي إلى السطوع الظاهري أو القدر المطلق . ويعود هذا الشذوذ إلى استخدام المتوسط ​​المرجح، في حين توجد علاقة بين المسافات وأخطاء حساب المسافة للنجوم في العناقيد النجمية. وقد تم حل هذه المشكلة باستخدام المتوسط ​​غير المرجح. ولا يوجد أي تحيز منهجي في بيانات هيباركوس فيما يتعلق بالعناقيد النجمية. ^{[ 155 ]}
• شذوذ النيوترينو الأسرع من الضوء (2011-2012): في عام 2011، رصدت تجربة أوبرا، عن طريق الخطأ، نيوترينوات بدت وكأنها تسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء . وفي 12 يوليو 2012، حدّثت أوبرا بحثها بعد اكتشاف خطأ في قياس زمن الطيران السابق، حيث وجدت توافقًا بين سرعة النيوترينو وسرعة الضوء. ^{[ 156 ]}
• شذوذ بايونير (1980-2012): لوحظ انحراف في التسارعات المتوقعة لمركبتي بايونير 10 و11 الفضائيتين عند مغادرتهما النظام الشمسي. ^{[ 66 ] [ 34 ]} ويُعتقد أن هذا الانحراف ناتج عن قوة ارتداد حراري لم تُؤخذ في الحسبان سابقًا . ^{[ 157 ] [ 158 ]}