ในทางฟิสิกส์ปัญหาเฟสคือปัญหาการสูญเสียข้อมูลเกี่ยวกับเฟสที่อาจเกิดขึ้นเมื่อทำการวัดทางฟิสิกส์ ชื่อนี้มาจากสาขาผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์ซึ่งต้องแก้ปัญหาเฟสเพื่อกำหนดโครงสร้างจากข้อมูลการเลี้ยวเบน^{[ 1 ]}ปัญหาเฟสยังพบได้ในสาขาการถ่ายภาพและการประมวลผลสัญญาณ^{[ 2 ]} มีการพัฒนา วิธีการต่างๆ ในการกู้คืนเฟสมาหลายปีแล้ว

ตัวตรวจจับแสง เช่นแผ่นฟิล์มถ่ายภาพหรือCCDจะวัดเฉพาะความเข้มของแสงที่ตกกระทบเท่านั้น การวัดนี้ไม่สมบูรณ์ (แม้จะละเลยระดับอิสระ อื่นๆ เช่นโพลาไรเซชันและมุมตกกระทบ ) เพราะคลื่นแสงไม่เพียงแต่มีแอมพลิจูด (ที่เกี่ยวข้องกับความเข้ม) แต่ยังมีเฟส (ที่เกี่ยวข้องกับทิศทาง) และโพลาไรเซชัน ซึ่งสูญหายไปอย่างเป็นระบบในการวัด^{[ 2 ]}ใน การทดลอง การเลี้ยวเบนหรือกล้องจุลทรรศน์ส่วนเฟสของคลื่นมักมีข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับตัวอย่างที่ศึกษา ปัญหาเฟสถือเป็นข้อจำกัดพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติของการวัดในกลศาสตร์ควอนตัมใน ที่สุด

ในผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์ข้อมูลการเลี้ยวเบนเมื่อประกอบอย่างถูกต้องจะให้แอมพลิจูดของการแปลงฟูริเยร์ 3 มิติของ ความหนาแน่นอิเล็กตรอนของโมเลกุลในเซลล์หน่วย^{[ 1 ]}หากทราบเฟสแล้ว ความหนาแน่นอิเล็กตรอนสามารถหาได้ง่ายๆ โดยการสังเคราะห์ฟูริเยร์ ความสัมพันธ์การแปลงฟูริเยร์นี้ยังใช้ได้กับรูปแบบ การเลี้ยวเบนสนามไกลสองมิติ(เรียกอีกอย่างว่าการเลี้ยวเบนฟราวน์โฮเฟอร์ ) ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาเฟสประเภทเดียวกัน

มีหลายวิธีในการ^กู้คืนเฟสที่หายไป ปัญหาเฟสจะต้องได้รับการแก้ไขใน ผลึก ^{ศาสตร์}รังสีเอกซ์ [ ^{1 ]}ผลึกศาสตร์นิวตรอน [ ^{3 ]}และ ผลึก ศาสตร์อิเล็กตรอน^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

ไม่ใช่ทุกวิธีการดึงข้อมูลเฟสจะใช้ได้กับทุกความยาวคลื่น (รังสีเอกซ์ นิวตรอน และอิเล็กตรอน) ที่ใช้ในผลึกศาสตร์

หากผลึกมีการเลี้ยวเบนที่ความละเอียดสูง (<1.2 Å) เฟสเริ่มต้นสามารถประมาณได้โดยใช้วิธีโดยตรง^{[ 1 ]} วิธีโดยตรงสามารถใช้ได้ในผลึกศาสตร์รังสีเอก ซ์ ^{[ 1 ] ผลึก}ศาสตร์นิวตรอน [ ^{7 ]}และผลึกศาสตร์อิเล็กตรอน^{[ 4 ] [ 5 ]}

วิธีการนี้ใช้ทดสอบและคัดเลือกขั้นตอนเริ่มต้นหลายขั้นตอน อีกวิธีหนึ่งคือวิธีแพตเตอร์สัน ซึ่งกำหนดตำแหน่งของอะตอมหนักโดยตรงฟังก์ชันแพตเตอร์สันจะให้ค่ามากในตำแหน่งที่สอดคล้องกับเวกเตอร์ระหว่างอะตอม วิธีนี้สามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อผลึกมีอะตอมหนักหรือเมื่อทราบโครงสร้างส่วนใหญ่แล้วเท่านั้น

สำหรับโมเลกุลที่มีผลึกซึ่งให้การสะท้อนแสงในช่วงต่ำกว่าอังสตรอมนั้น สามารถกำหนดเฟสได้ด้วย วิธีการลอง ผิดลองถูกโดยการทดสอบค่าเฟสหลายๆ ค่าจนกว่าจะสังเกตเห็นโครงสร้างทรงกลมในแผนที่ความหนาแน่นอิเล็กตรอนที่ได้ วิธีนี้ได้ผลเพราะอะตอมมีโครงสร้างลักษณะเฉพาะเมื่อมองในช่วงต่ำกว่าอังสตรอม อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้มีข้อจำกัดด้านกำลังการประมวลผลและคุณภาพของข้อมูล ในทางปฏิบัติแล้ว เทคนิคนี้จึงจำกัดอยู่เฉพาะ "โมเลกุลขนาดเล็ก" และเปปไทด์ เนื่องจากโมเลกุลเหล่านี้ให้การเลี้ยวเบนที่มีคุณภาพสูงอย่างสม่ำเสมอโดยมีการสะท้อนแสงน้อยมาก

นอกจากนี้ยังสามารถอนุมานเฟสได้โดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการแทนที่โมเลกุล (molecular replacement ) โดยการนำเฟสที่ทราบแล้วของโมเลกุลที่คล้ายคลึงกันมาต่อเข้ากับความเข้มของโมเลกุลที่ต้องการศึกษา ซึ่งได้มาจากการสังเกต เฟสเหล่านี้สามารถได้มาจากการทดลองจากโมเลกุลที่คล้ายคลึงกัน หรือหากทราบเฟสของโมเลกุลเดียวกันแต่ในผลึกที่แตกต่างกัน ก็สามารถจำลองการจัดเรียงตัวของโมเลกุลในผลึกและหาเฟสทางทฤษฎีได้ โดยทั่วไปแล้ว เทคนิคเหล่านี้ไม่ค่อยเป็นที่นิยม เนื่องจากอาจทำให้การหาโครงสร้างคลาดเคลื่อนอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เทคนิคเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับการศึกษาการจับกันของลิแกนด์ หรือระหว่างโมเลกุลที่มีความแตกต่างกันเล็กน้อยและมีโครงสร้างค่อนข้างแข็ง (เช่น การดัดแปลงโมเลกุลขนาดเล็ก)

การแทนที่ไอโซมอร์ฟัสหลายตำแหน่ง (MIR)คือการแทรกอะตอมหนักเข้าไปในโครงสร้าง (โดยปกติจะทำได้โดยการสังเคราะห์โปรตีนด้วยอะนาล็อกหรือโดยการแช่)

วิธีการที่มีประสิทธิภาพอย่างหนึ่งคือ วิธี การกระจายตัวผิดปกติหลายความยาวคลื่น (MAD) ในเทคนิคนี้ อิเล็กตรอนภายในของอะตอมจะดูดซับรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ และปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาอีกครั้งหลังจากช่วงเวลาหนึ่ง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสในการสะท้อนทั้งหมด ซึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์การกระจายตัวผิดปกติการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงเฟสนี้ (ซึ่งอาจแตกต่างกันสำหรับการสะท้อนแต่ละครั้ง) จะนำไปสู่คำตอบสำหรับเฟสต่างๆ เนื่องจากเทคนิคการเรืองแสงของรังสีเอกซ์ (เช่นเทคนิคนี้) ต้องใช้การกระตุ้นที่ความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงมาก จึงจำเป็นต้องใช้รังสีซินโครตรอนเมื่อใช้วิธี MAD

ในหลายกรณี จะมีการกำหนดชุดเฟสเริ่มต้น และคำนวณแผนที่ความหนาแน่นอิเล็กตรอนสำหรับรูปแบบการเลี้ยวเบน จากนั้นจะใช้แผนที่ดังกล่าวเพื่อกำหนดส่วนต่างๆ ของโครงสร้าง ซึ่งส่วนต่างๆ เหล่านั้นจะถูกนำมาใช้เพื่อจำลองชุดเฟสใหม่ ชุดเฟสใหม่นี้เรียกว่าการปรับปรุงเฟสเหล่านี้จะถูกนำไปใช้กับแอมพลิจูดเดิมอีกครั้ง และจะได้แผนที่ความหนาแน่นอิเล็กตรอนที่ดีขึ้น ซึ่งใช้ในการแก้ไขโครงสร้าง กระบวนการนี้จะทำซ้ำจนกว่าค่าความคลาดเคลื่อน (โดยปกติคือ) จะคงที่ในระดับที่น่าพอใจ เนื่องจากปรากฏการณ์ของอคติเฟสการกำหนดค่าเริ่มต้นที่ไม่ถูกต้องอาจแพร่กระจายผ่านการปรับปรุงครั้งต่อๆ ไป ดังนั้นเงื่อนไขที่น่าพอใจสำหรับการกำหนดโครงสร้างจึงยังคงเป็นเรื่องที่ถกเถียงกันอยู่ อันที่จริง มีการรายงานการกำหนดค่าที่ไม่ถูกต้องอย่างน่าทึ่งบางกรณี รวมถึงโปรตีนที่ลำดับทั้งหมดถูกร้อยย้อนกลับ^{[ 8 ]}${\displaystyle R_{\textrm {free}}}$

• การถ่ายภาพการเลี้ยวเบนที่สอดคล้องกัน
• พีทิโคกราฟี
• การดึงเฟส

• ตัวอย่างของอคติเฟส
• การใช้ 'การแทนที่โมเลกุล' อย่างเหมาะสม
• การเรียนรู้ผลึกศาสตร์