Ratkaisut
Monivalintojen ratkaisut
1.1. Neutroni on muodostunut alas- ja ylöskvarkeista, joten se ei ole standardimalliin kuuluva alkeishiukkanen.
1.2. Standardimalliin kuuluvat perusvuorovaikutukset ovat: sähkömagneettinen, vahva ja heikko vuorovaikutus.
1.3. Fotoni välittää sähkömagneettista vuorovaikutusta ja gluoni vahvaa vuorovaikutusta. Higgsin hiukkanen on Higgsin kentän välittäjähiukkanen.
1.4. Annihilaatiossa hiukkanen ja sen antihiukkanen yhdistyvät, jolloin niiden massa muuttuu energiaksi (fotoneiksi).
1.5. Gravitaatiovuorovaikutus vaikuttaa massallisten kappaleiden välillä, sähkömagneettinen varausten välillä ja heikko vuorovaikutus kvarkkien ja leptonien välillä.
1.6. Gravitaatiovuorovaikutus on merkittävä, kun kappaleiden massat ovat suuria, kuten tähtiä tai galakseja.
1.7. Kosminen taustasäteily on säteilyä maailmankaikkeuden varhaisilta ajoilta, kun elektronit ja atomiytimet muodostivat neutraaleja hiukkasia. Se on fotoneja, jotka pääsivät kulkemaan vuorovaikuttamatta varausten kanssa.
1.8. Pimeä aine ei lähetä sähkömagneettista säteilyä. Tämän vuoksi pimeän aineen luonnetta on haastava selvittää.
1.9. Maailmankaikkeudesta näkyvää ainetta on noin 5 % ja pimeää ainetta 25 %. Suurin osa on maailmankaikkeuden laajenemisen aikaansaavaa pimeää energiaa.
1.10. Pimeällä aine vaikuttaa gravitaation kautta, mutta ei (tai hyvin heikosti) sähkömagneettisen vuorovaikutuksen kautta.
Tehtävä 2 ratkaisu
Elektronin ja positronin annihilaatiossa vapautuu kaksi samanenergistä gammakvanttia. Kirjoita tapahtuman reaktioyhtälö ja osoita, että yhden gammakvantin energia on 511 keV.
Ratkaisu
Reaktioyhtälö
[[$\quad \mathrm{e^-+e^+ \rightarrow \gamma + \gamma}$]]
Reaktioyhtälössä on vasemmalla puolella elektroni ja positroni. Hiukkasille on käytetty niille ominaisia tunnuksia, 1 p. Oikealla puolella on kaksi gammakvanttia, ja ne on merkitty gammakvantille ominaisella tunnuksella, 1 p.
Elektronin ja positronit massat muuttuvat gammakvanttien energioiksi kaavan [[$E=mc^2$]] mukaan. Elektronin ja positronin massat ovat yhtä suuret.
Vastauksessa on kerrottu, että gammakvantin energian lasku perustuu massan ja energian ekvivalenssiin, 1 p.
[[$\quad\begin{align} 2E_\mathrm{e}&=2E_\gamma \\ \\ E_\gamma &= m_\mathrm{e}c^2 \\ \\ E_\gamma &= 5{,}485\, 7991 \cdot 10^{-4} \ \mathrm{u}\cdot 931{,}494102 \ \mathrm{\dfrac{MeV}{u}}=0{,}5109989506 \ \mathrm{MeV}\end{align}$]]
Oikea lauseke gammakvantin energialle, 1 p.
Saatu energia on 511 keV.
Todettu vastauksessa, että gammakvantin energia on laskun perusteella 511 keV, 1 p.