Arsylwi ar nodwedd hollti tra-main am y tro cyntaf mewn Gwrth-hydrogen

Unwaith eto, 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 at egluro dirgelion y Glec Fawr a dechrau'r Bydysawd.

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 arsylliad cyntaf o siapiau llinell sbectrol mewn gwrth-hydrogen, sef y gwrth-fater sy'n cyfateb i hydrogen.

Antimatter

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? 

"Hefyd mae angen i ni fynd i'r afael â'r cwestiwn pam y mae 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’r microdonnau 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. 

Hydrogen yw’r atom symlaf a mwyaf cyffredin yn y Bydysawd a chyda’i sbectrwm ei hun, mae ganddo le arbennig mewn ffiseg. Gwyddys nodweddion yr atom hydrogen gyda chywirdeb uchel. Yn y papur hwn, edrychwyd ar y nodwedd a elwir yn hollti tra-main, sydd yn achos hydrogen wedi'i phennu i gywirdeb o un rhan mewn deg triliwn. Y dyddiau hyn defnyddir y trosiad hwn mewn mordwyo modern a geo-leoli.

Mae'r tîm wedi gwneud gwrth-hydrogen drwy ddisodli niwclews proton yr atom cyffredin gyda gwrth-broton, ac mae'r electron wedi'i gyfenwid am bositron. Y llynedd, mewn gwaith arloesol a gyhoeddwyd yn Nature, defnyddiodd y tîm olau uwchfioled i ganfod yr hyn a elwir yn drosiad 1S-2S rhwng lefelau ynni positron. Bellach mae'r tîm wedi defnyddio microdonnau i wrth-droi troelliad y positron.   Yn ogystal â phennu’r nodwedd hollti tra-main mewn gwrth-hydrogen yn fanwl gywir am y tro cyntaf, arweiniodd hyn at ganfod siâp llinell y trosiad mewn gwrth-fater am y tro cyntaf, cynllun o’r tebygolrwydd gwrth-droi troelliad yn erbyn amledd microdon.  Os oes gwahaniaeth rhwng mater a gwrthfater, gellid dod o hyd iddo mewn gwahaniaethau bach iawn rhwng siâp y llinell hon mewn hydrogen a gwrth-hydrogen.

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 Christopher Baker a Dr Dan Maxwell

Myfyrwyr Ôl-raddedig: Steven Armstrong Jones a Muhammed Sam