Az Univerzum ismeretlen eredetű gammasugár-forrásait vizsgálja a kínai $\mathrm{LHAASO}$ (Large High Altitude Air Shower Observatory) obszervatórium. Az obszervatórium eddig több mint 530 olyan gamma‑fotont észlelt, melynek energiája meghaladta a $1023\ \mathrm{eV}$‑ot. Közülük a legnagyobb felvillanás, a Földön valaha észlelt legnagyobb energiájú foton $1,4\cdot 10^{24}\ \mathrm{eV}$ energiával rendelkezett. A jelek irányát ismerjük, de keletkezésük okát nem. Feltehetően csillagok robbanásával és keletkezésével kapcsolatos folyamatokban felgyorsuló részecskék egymással való ütközésének lehetnek a következményei. A $\mathrm{CERN}$ Nagy Hadronütköztetőjében a legnagyobb energiájú részecskék $10^{18}\ \mathrm{eV}$ nagyságrendűek.
(Az elemi töltés $e =1,6\cdot 10^{-19}\ \mathrm{C}$.)
a) Mit nevezünk $1\ \mathrm{eV}$ energiának?
a) Az $eV$ egység jelentésének magyarázata:
3 pont
$1\ \mathrm{eV}$ az az energia, melyre egy nyugalomban lévő elektron $1\ \mathrm{V}$ gyorsító feszültség hatására szert tesz.
b) Mekkora energiája van a Földön észlelt legnagyobb energiájú fotonnak joule‑ban kifejezve?
$2,24\cdot 10^5\ \mathrm{J}$
b) A Földön észlelt legnagyobb energiájú foton energiájának meghatározása joule‑ban:
3 pont
(bontható)
$$1\ \mathrm{eV}=1,6\cdot 10^{-19}\ \mathrm{C}\cdot 1\ \mathrm{V}=1,6\cdot 10^{-19}\ \mathrm{J}$$
(1 pont)
amiből
$$1,4\cdot 10^{24}\ \mathrm{eV}=2,24\cdot 10^5\ \mathrm{J}$$
(2 pont)
c) Minek tulajdonítható az extrém nagy energiájú gamma‑fotonok keletkezése?
c) Az extrém nagy energiájú gamma‑fotonok keletkezésének magyarázata:
3 pont
(bontható)
Csillagok robbanásával és keletkezésével kapcsolatos folyamatokban felgyorsuló részecskék ütközéséből származnak.
d) Földi körülmények között mely esetben keletkezhetnek gamma‑fotonok? Adjon meg egy példát!
d) Példa megadása a gamma‑fotonok földi körülmények között való keletkezésére:
3 pont
Pl. maghasadás során keletkezhet gamma‑fotonokból álló sugárzás.
e) Hányszor nagyobb a Földön észlelt legnagyobb energiájú kozmikus eredetű foton energiája a Nagy Hadronütköztetőben keletkező legnagyobb energiájú részecske energiájánál?
e) Az energiák arányának meghatározása:
3 pont
(bontható)
$$N=\frac{1,4\cdot 10^{24}\ \mathrm{eV}}{10^{18}\ \mathrm{eV}}=1,4\cdot 10^6$$
(Az energiák kiolvasása és a hányados meghatározása 1 + 1 + 1 pont)
Összesen: 15 pont