Mae ffisegwyr o Brifysgol Abertawe, fel aelodau blaenllaw o'r grŵp cydweithredol ALPHA yn CERN (y Sefydliad Ewropeaidd ar gyfer Ymchwil Niwclear), wedi defnyddio laserau i oeri atomau gwrth-hydrogen am y tro cyntaf. Mae'r cyflawniad arloesol yn cynhyrchu gwrthfater oerach nag erioed o'r blaen ac yn hwyluso haen newydd sbon o arbrofion, gan helpu gwyddonwyr i ddysgu mwy am wrthfater yn y dyfodol.
Mewn papur a gyhoeddir heddiw yn Nature, mae'r grŵp cydweithredol yn datgan bod tymheredd atomau gwrth-hydrogen a ddelir mewn potel fagnetig yn gostwng pan fydd yr atomau'n gwasgaru goleuni o belydryn laser uwchfioled, gan arafu'r atomau a lleihau'r lle y maent yn ei lenwi yn y botel – dwy agwedd allweddol ar astudiaethau manylach o briodoleddau gwrthfater yn y dyfodol.
Yn ogystal â dangos bod ynni'r atomau gwrth-hydrogen wedi lleihau, gwelodd y ffisegwyr hefyd fod yr amrediad o donfeddi y gall yr atomau oer amsugno neu belydru goleuni arnynt yn lleihau. Felly, mae'r llinell sbectrol (neu'r cylch lliw) yn culhau gan fod llai o fudiant.
Mae'r effaith olaf hon o ddiddordeb penodol, gan y bydd yn ein galluogi i ddiffinio'r sbectrwm yn fanylach, a fydd yn datgelu adeiledd mewnol yr atomau gwrth-hydrogen maes o law.
Mae gwrthfater yn rheidrwydd yn y modelau cwantwm-mecanyddol mwyaf llwyddiannus ym maes ffiseg gronynnau. Mae ef wedi bod ar gael yn y labordy ers i'r positron â gwefr bositif, sef y gwrthfater sy'n cyfateb i'r electron â gwefr negatif, gael ei ddarganfod bron canrif yn ôl.
Pan ddaw mater a gwrthfater at ei gilydd, cânt eu difodi: effaith drawiadol lle mae'r gronynnau gwreiddiol yn diflannu. Gellir gweld difodiant yn y labordy ac fe'i defnyddir hyd yn oed mewn technegau diagnostig meddygol megis sganiau tomograffeg allyrru positronau (PET). Fodd bynnag, mae gwrthfater yn destun dirgelwch. Ffurfiodd swm cyfartal o wrthfater a mater yn y Glec Fawr, ond nid yw'r cymesuredd hwn wedi para hyd heddiw gan fod gwrthfater, yn ôl pob golwg, bron yn absennol o'r bydysawd gweladwy.
Meddai'r Athro Niels Madsen o Brifysgol Abertawe, a oedd yn gyfrifol am yr arbrawf: “Gan na ellir cael gafael arno, rhaid i ni greu gwrth-hydrogen yn y labordy yn CERN. Mae'n gamp anhygoel y gallwn bellach ddefnyddio laserau i oeri gwrth-hydrogen a nodi mesuriad sbectrosgopig manwl gywir, a hynny o fewn llai na diwrnod. Mor ddiweddar â dwy flynedd yn ôl, byddai'r mesuriad sbectrosgopig ei hun wedi cymryd ddeg wythnos. Ein nod yw archwilio a yw priodoleddau'r gwrth-hydrogen yn cyfateb i briodoleddau hydrogen cyffredin yn unol â disgwyliadau cymesuredd. Gallai'r gwahaniaeth lleiaf helpu i ateb rhai o'r cwestiynau dwfn sy'n ymwneud â gwrthfater.
Meddai'r Athro Stefan Eriksson, a oedd yn gyfrifol am y laserau sbectrosgopig a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth: “Mae'r canlyniad nodedig hwn yn mynd ag ymchwil i wrth-hydrogen gam ymhellach, gan y bydd y manylder gwell sy'n deillio o ddefnyddio laserau i'w oeri'n ein helpu i geisio efelychu'r hyn a geir mewn arbrofion ar fater cyffredin. Dyma dalcen caled gan fod sbectrwm yr hydrogen rydym yn ei gymharu wedi cael ei fesur hyd at fanylder syfrdanol, sef 15 o ddigidau. Rydym wrthi eisoes yn diweddaru ein harbrawf i ymateb i'r her!”
Darllenwch y papur Laser cooling of antihydrogen atoms yn Nature.