Todo empezó con la elección del tema de su tesis doctoral. Tras analizarlo con su marido (el físico Pierre Curie), ambos decidieron centrarse en los trabajos del físico Henri Becquerel (al que se le concedió el Nobel de Física, junto con el matrimonio Curie, en 1903), que había descubierto que las sales de uranio transmitían unos rayos de naturaleza desconocida. Este trabajo estaba relacionado con el reciente descubrimiento de los rayos X por parte del físico Wilhelm Röntgen. Marie Curie se interesó por estos trabajos y, con la ayuda de su esposo, decidió investigar la naturaleza de las radiaciones que producían las sales de uranio.
Física teórica
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La cultura de la investigación en física en los últimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separación de los físicos que se dedican a la teoría y otros que se dedican a los experimentos. Los teóricos trabajan en la búsqueda de modelos matemáticos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. Así pues, teoría y experimentos están relacionados íntimamente. El progreso en física a menudo ocurre cuando un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teorías actuales, por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.
La física teórica está muy relacionada con las
matemáticas, ya que ésta suministra el lenguaje usado en el desarrollo de las teorías físicas. Los teóricos confían en el
cálculo diferencial e
integral, el
análisis numérico y en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos físicos. Los campos de
física computacional y matemática son áreas de investigación activas.
Los teóricos pueden concebir conceptos tales como
universos paralelos, espacios multidimensionales o
minúsculas cuerdas que vibran o la teoría del todo, y a partir de ahí, realizar hipótesis físicas.
Materia condensada
La física de la materia condensada se ocupa de las propiedades físicas macroscópicas de la materia, tales como la
densidad, la
temperatura, la
dureza, o el
color de un material. Los materiales consisten en un gran número de átomos o moléculas que interactúan entre ellos, por lo que están "condensados", a diferencia de estar libres sin interactuar. La física de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscópicas, que se pueden medir, y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscópico o atómico y así comprender mejor las propiedades de los materiales.
La física de la materia condensada es el campo de la física contemporánea más extenso y que involucra a un mayor número de físicos. Históricamente, la física de la materia condensada surgió de la física de estado sólido, que se considera en la actualidad uno de sus principales subcampos. La expresión física de la materia condensada aparentemente fue acuñada por
Philip Anderson cuando renombró en 1967 su grupo de investigación, anteriormente llamado de teoría del estado sólido. La física de la materia condensada tiene una gran superposición con la
química, la
ciencia de materiales, la
nanotecnología y la ingeniería.
Física atómica y molecular
La física atómica y molecular se centran en el estudio de las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales o estructuras que contienen unos pocos átomos. Ambas áreas se agrupan debido a su interrelación, la similitud de los métodos utilizados, así como el carácter común de las escalas de energía relevantes a sus investigaciones. A su vez, ambas incluyen tratamientos tanto clásicos como cuánticos, ya que pueden tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos y macroscópicos.
La investigación actual en física atómica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de átomos e iones, lo cual es interesante para eliminar "ruido" en las medidas y evitar imprecisiones a la hora de realizar otros experimentos o medidas (por ejemplo, en los
relojes atómicos), aumentar la precisión de las mediciones de
constantes físicas fundamentales, lo cual ayuda a validar otras teorías como la
relatividad o el
modelo estándar, medir los efectos de correlación electrónica en la estructura y dinámica atómica, y la medida y comprensión del comportamiento colectivo de los átomos de gases que interactúan débilmente (por ejemplo, en un
condensado de Bose-Einstein de pocos átomos).
La física molecular se centra en estructuras
moleculares y sus interacciones con la materia y con la luz.
Física de partículas o de altas energías
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La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos como si éstas fueran partículas. Es llamada también
física de altas energías, pues muchas de las partículas elementales no se encuentran en la naturaleza y es necesario producirlas en colisiones de alta energía entre otras partículas, como se hace en los
aceleradores de partículas. Los principales centros de estudio sobre partículas son el Laboratorio Nacional Fermi o
Fermilab, en
Estados Unidos, y el Centro Europeo para la Investigación Nuclear o
CERN, en la frontera entre
Suiza y
Francia. En estos laboratorios lo que se logra es obtener energías similares a las que se cree existieron en el
Big Bang, y así se intenta tener cada vez más pruebas del
origen del universo.
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En la actualidad, las partículas elementales se clasifican siguiendo el llamado
Modelo Estándar en dos grandes grupos:
bosones y
fermiones. Los bosones son las partículas que interactúan con la materia y los fermiones son las partículas constituyentes de la materia. En el modelo estándar se explica cómo las
interacciones fundamentales en forma de partículas (bosones) interactúan con las partículas de materia (fermiones). Así, el
electromagnetismo tiene su partícula llamada
fotón, la interacción nuclear fuerte tiene al
gluón, la interacción nuclear débil a los
bosones W y Z y la gravedad a una partícula hipotética llamada
gravitón. Entre los fermiones hay más variedad; se encuentran dos tipos: los
leptones y los
quarks. En conjunto, el modelo estándar contiene 24 partículas fundamentales que constituyen la materia (12 pares de partículas/anti-partículas) junto con tres familias de
bosones de gauge responsables de transportar las interacciones.
Astrofísica
La astrofísica y la astronomía son ciencias que aplican las teorías y métodos de otras ramas de la física al estudio de los objetos que componen nuestro variado
universo, tales como
estrellas,
planetas,
galaxias y
agujeros negros. La astronomía se centra en la comprensión de los movimientos de los objetos, mientras que,
grosso modo, la astrofísica busca explicar su origen, su evolución y su comportamiento. Actualmente los términos astrofísica y astronomía se suelen usar indistintamente para referirse al estudio del universo.
Esta área, junto a la física de partículas, es una de las áreas más estudiadas y más apasionantes del mundo contemporáneo de la física. Desde que el
telescopio espacial Hubble nos brindó detallada información de los más remotos confines del
universo, los físicos pudieron tener una visión más objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teorías.
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Debido a que la astrofísica es un campo muy amplio, los astrofísicos aplican normalmente muchas disciplinas de la física, incluida la mecánica, el electromagnetismo, la mecánica estadística, la termodinámica, la mecánica cuántica, la relatividad, la física nuclear y de partículas, y la física atómica y molecular. Además, la astrofísica está íntimamente vinculada con la
cosmología, que es el área que pretende describir el
origen del universo.
Biofísica
La biofísica podría describir físicamente lo que ocurre en nuestro
cerebro.
La biofísica es un área interdisciplinaria que estudia la
biología aplicando los principios generales de la física. Al aplicar el carácter
probabilístico de la
mecánica cuántica a
sistemas biológicos, obtenemos métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que ésta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa.
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