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Un fisico studia le leggi caratteristiche che descrivono i fenomeni naturali.
I campi di attività di un fisico sono i più disparati e spaziano dalla ricerca di nuove teorie in grado di descrivere in maniera comprensiva e matematicamente elegante le leggi della natura (quelle note e quelle ancora da scoprire), alle applicazioni tecnologiche e pratiche in svariati settori, quali ad esempio le scienze della vita (biofisica, fisica medica e sanitaria), l'esplorazione spaziale, le teorie economiche (econofisica) o i beni archeologici e culturali (archeometria).
Un chiaro esempio della varietà e della complessità delle ricerche in fisica lo si può trovare scorrendo la lista dei vincitori del premio Nobel. 
Di seguito abbiamo selezionato, in maniera inevitabilmente arbitraria, alcune tematiche fra le più conosciute e che sicuramente si riveleranno grandi sfide della fisica dei prossimi decenni.
Fisica "fondamentale" e cosmologia
All'inizio del secolo che è appena terminato, il ventesimo, molti fisici non erano neppure convinti dell'esistenza dell'atomo.
Cent'anni dopo, conosciamo piuttosto bene non solo gli atomi, ma i nuclei che si trovano al loro centro e le forze che li tengono uniti (le cosiddette forze "forti") o li fanno decadere (le cosiddette forze "deboli"). Sappiamo che i nuclei sono composti da protoni e neutroni e che questi a loro volta hanno una struttura interna, essendo formati da particelle elusive chiamate "quarks".
Crediamo che la teoria quantistica sia la meglio adatta a descrivere il comportamento delle particelle elementari, dei nuclei e degli atomi. Tuttavia, tale teoria non spiega perché le particelle elementari, che ci si aspetterebbe debbano essere "poche" proprio in quanto "elementari", siano in realtà "molte", e non dà ragione delle loro masse e dell'intensità delle forze con le quali interagiscono (perché alcune sono
"forti" ed altre "deboli" ?). Non possediamo inoltre ancora, nonostante molti sforzi, una teoria che spieghi la forza gravitazionale in termini quantistici. Tutte queste domande hanno risvolti importanti in cosmologia ed astrofisica.
Per capire se l'Universo ha davvero origine nel cosiddetto "Big Bang", la grande esplosione primordiale, e qual è la natura di questo "inizio", dobbiamo ottenere le risposte alle domande menzionate sopra. L'Universo cela ulteriori misteri. Come si sono formate le galassie ? Basta la materia che conosciamo
per rendere conto della loro massa ? O dobbiamo invocare nuove forme di materia (la cosiddetta materia "oscura") ?
Sistemi complessi
Nel corso degli ultimi decenni i fisici sono stati "costretti" a sviluppare in maniera sempre più raffinata la capacità di descrivere sistemi molto complessi mediante opportuni modelli. In passato, la filosofia "riduzionista" si fondava sull'idea che, una volta note le leggi che la natura ha messo in opera per i più piccoli componenti della materia, tutti i misteri dell'Universo si sarebbero svelati.
Nell'ultimo secolo, gli scienziati hanno cominciato a comprendere che il comportamento di grandi insiemi di particelle non è la semplice somma dei comportamenti dei singoli componenti.
Un atomo di ferro non presenta le proprietà elettriche o magnetiche che noi conosciamo come caratteristiche di un solido esteso di ferro. Queste proprietà sono invece la conseguenza del comportamento coerente dei moltissimi atomi che compongono il corpo esteso.
Lo studio dei sistemi a molti corpi ha portato a scoprire fenomeni inaspettati, come la superconduttività a bassa ed alta temperatura o l'effetto Hall quantistico (nel quale la resistenza elettrica di un materiale assume valori discreti e non continui).
Tale studio ha avuto riscontri in fisica nucleare, dove oggi siamo in grado di analizzare sistemi super-pesanti o altamente deformati, o nella fisica dei liquidi e dei plasmi.
Oggi lo studio dei sistemi complessi cerca di affrontare il problema delle biomolecole, e dunque dei processi che stanno alla base della vita. Le simulazioni microscopiche o i nuovi approfondimenti della meccanica statistica possono dunque oggi rendere conto dei comportamenti di sistemi sempre più compositi e strutturati. Questo tipo di analisi sta trovando un numero sempre maggiore di applicazioni, arrivando ad interessare argomenti decisamente diversi rispetto a quelli originali per cui era stata sviluppata: dal sistema immunitario ai processi cognitivi, dai fenomeni atmosferici e i terremoti agli scambi finanziari.
Nanostrutture e applicazioni
Lo sviluppo di fasci accelerati composti da aggregati molecolari, e la possibilità di depositarli su diversi substrati, rendono possibile la creazione di nuovi materiali cosiddetti "nanostrutturati".
Le unità fondamentali che li compongono non sono infatti gli atomi ma oggetti di dimensioni del nanometro (un millesimo di milionesimo di metro).
Una delle odierne sfide consiste nel comprendere le proprietà di tali materiali al fine anche di progettarne di nuovi con le caratteristiche desiderate.
Questa è in realtà una duplice sfida, in quanto lo studio di tali caratteristiche richiede un costante sviluppo per migliorare e continuamente portare oltre i propri limiti le sofisticatissime tecniche di indagine (quali ad esempio la spettroscopia con neutroni o con radiazione di sincrotrone, la microscopia a forza atomica etc.) utilizzate.
Le realizzazioni che deriveranno da questa ricerca rivoluzioneranno verosimilmente molte aree della scienza e della tecnologia; pensiamo ad esempio alla possibilità di concentrare una quantità sempre maggiore di informazioni in uno "spazio" fisico sempre più ridotto, a nuove tecnologie per l'accumulo, la produzione e la distribuzione di energia, o allo sviluppo di microsensori per applicazioni in medicina, biologia, ecologia.
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