Datblygiad newydd ym maes gwrth-fater sy’n helpu i daflu goleuni ar ddirgelion y Glec Fawr

Mae gwyddonwyr o Brifysgol Abertawe sy'n gweithio yn CERN wedi gwneud canfyddiad nodedig, sy'n mynd â hwy gam yn agosach at ateb y cwestiwn pam y mae mater yn bodoli ac egluro dirgelion y Glec Fawr a dechrau'r Bydysawd.

Antimatter research

Yn eu papur a gyhoeddwyd yn Nature mae'r ffisegwyr o Goleg Gwyddoniaeth  y Brifysgol, sy'n gweithio gyda thîm cydweithrediadol rhyngwladol yn CERN yn disgrifio'r astudiaeth fanwl gyntaf o wrth-hydrogen, sef y gwrth-fater sy'n cyfateb i hydrogen.

Meddai'r Athro Mike Charlton: "Mae bodolaeth gwrth-fater wedi’i hen sefydlu mewn ffiseg, ac mae'n rhan annatod wrth wraidd rhai o'r damcaniaethau mwyaf llwyddiannus a ddatblygwyd erioed. Er hyn, mae’n dal i fod angen i ni ateb cwestiwn canolog o ran pam na wnaeth mater a gwrth-fater, y credir eu bod wedi'u creu mewn symiau cyfartal pan ddechreuodd y Glec Fawr y bydysawd, ddinistrio ei gilydd? 

"Ond mae hefyd angen i ni fynd i'r afael â'r cwestiwn pam fod unrhyw fater ar ôl o gwbl yn y Bydysawd. Mae'r pos hwn yn un o'r cwestiynau agored canolog mewn gwyddoniaeth sylfaenol, ac un ffordd o chwilio am yr ateb yw defnyddio pŵer ffiseg atomig fanwl i archwilio gwrth-fater."

Ers amser maith gwyddys y bydd unrhyw atom cynyrfedig yn cyrraedd ei gyflwr isaf drwy ryddhau ffotonau, ac mae'r sbectrwm o olau a ryddheir ganddynt yn cynrychioli math o ôl bys atomig ac mae'n ddynodwr unigryw. Yr enghraifft fwyaf cyffredin yw'r lliw oren mewn goleuadau stryd sodiwm.

Mae gan hydrogen ei sbectrwm ei hun ac fel yr atom symlaf a mwyaf cyffredin yn y Bydysawd, mae ganddo le arbennig mewn ffiseg. Gwyddys nodweddion yr atom hydrogen gyda chywirdeb uchel, ac mae un yn benodol, a elwir yn drawsnewidiad 1S-2S, wedi'i bennu gyda chywirdeb sy'n agos at fod yn un rhan mewn can triliwn - sy'n cyfateb i wybod y pellter rhwng Abertawe a Llundain i oddeutu biliynfed o fetr!

Bellach yn yr arbrofion diweddaraf hyn, mae'r tîm wedi disodli niwclews proton yr atom cyffredin gyda gwrth-broton, a'r electron amnewid yw'r positron. Trwy ddisgleirio golau laser ar amledd diffiniedig iawn ar atomau gwrth-hydrogen sydd wedi'u dal mewn trap, maent wedi gweld bod rhai ohonynt yn cynhyrfu ar lefel uwch, a thrwy wneud hynny, maent yn gadael y trap.  Mae'r arbrawf cyntaf hwn eisoes wedi pennu amledd y trawsnewidiad gwrth-hydrogen i ychydig o rannau mewn degfed o filfiliwn.

Antimatter research laboratory

Ychwanegodd yr Athro Mike Charlton: "I gael rhyw fath o ddealltwriaeth o bwysigrwydd y darganfyddiad hwn, mae angen i ni ddeall ei fod wedi cymryd 30 mlynedd a'i fod yn cynrychioli gwaith cydweithrediadol cannoedd o ymchwilwyr dros y blynyddoedd. Dechreuodd ymchwiliadau i'r maes hwn o ffiseg yn y 1980au ac mae'r cyflawniad nodedig hwn bellach wedi agor y drws i astudiaethau cywirdeb ym maes gwrth-fater atomig, a gobeithir y bydd hwn yn mynd â ni'n nes at ateb y cwestiwn pam y mae mater yn bodoli er mwyn helpu i ddatrys y dirgelwch o ran tarddiad y Bydysawd."

Tîm Abertawe yw:

Academaidd: Yr Athro Mike Charlton, Dr Stefan Eriksson, Dr Aled Isaac, Yr Athro Niels Madsen, Yr Athro Dirk Peter van der Werf

Cymrodorion Ymchwil: Dr Chris Baker a Dr Dan Maxwell

Myfyrwyr ôl-raddedig: Steven Armstrong Jones a Muhammed Sameed

Lluniau: Professor Niels Madsen