Golwg o'r awyr o ardal arbrofi ALPHA. Cydnabyddiaeth Llun: © CERN, Julien Marius Ordan.
Mae ffisegwyr o Brifysgol Abertawe, sy’n aelodau arweiniol o gydweithrediad ALPHA (Cyfarpar Ffiseg Laser Gwrth-hydrogen) yn CERN, wedi dangos, am y tro cyntaf, fod atomau gwrth-hydrogen yn disgyn i'r Ddaear yn yr un modd ag atomau mater.
Mae canlyniadau arloesol yr astudiaeth, a gyhoeddwyd yn Nature, yn gwrthbrofi'r posibilrwydd y gallai gwrthfater gael ei gyflymu tuag i fyny yn nisgyrchiant y Ddaear, sy'n golygu bod yr ymchwilwyr gam yn nes at ddatrys un o'r problemau uchaf eu proffil ym myd ffiseg.
Mae ALPHA yn creu atomau gwrth-hydrogen drwy gymryd antiprotonau wedi'u gwefru'n negyddol a'u rhwymo ag atomau wedi'u gwefru'n bositif. Yna, caiff yr atomau gwrthfater, sy'n niwtral ond ychydig yn fagnetig, eu cyfyngu mewn magl fagnetig, sy'n eu rhwystro rhag dod i gysylltiad â mater a chael eu dinistrio.
Gan ddefnyddio cyfarpar fertigol o'r enw ALPHA-g, lle mae’r 'g' yn cynrychioli cyflymiad disgyrchiant lleol, gall tîm ALPHA fesur y safleoedd fertigol lle mae'r atomau gwrth-hydrogen yn cael eu dinistrio wrth ddod i gysylltiad â mater pan gaiff maes magnetig y fagl ei ddiffodd, gan alluogi'r atomau i ddianc.
Gwnaeth yr ymchwilwyr ddal grwpiau o tua 100 o atomau gwrth-hydrogen, un grŵp ar y tro, gan ryddhau'r atomau'n araf, dros gyfnod o 20 eiliad, drwy ostwng y cerrynt yn raddol yn y magnetau ar frig ac ar waelod y fagl.
Drwy gyfrifo cyfartaledd canlyniadau saith treial rhyddhau, canfu tîm ALPHA fod ffracsiynau'r gwrth-atomau a oedd yn dianc drwy frig a gwaelod y fagl yn gyson â disgwyliadau efelychiadau cyfrifiadurol o broses ALPHA-g. Roedd tuag 20% o'r atomau'n dianc drwy frig y fagl ac 80% drwy'r gwaelod, gyda'r gwahaniaeth o ganlyniad i rym tuag i lawr disgyrchiant.
Cynhaliwyd yr arbrawf sawl gwaith ar gyfer gwerthoedd gwahanol maes magnetig "bias" ychwanegol, a allai naill ai gryfhau neu wrthweithio grym disgyrchiant.
Ar ôl dadansoddi'r data, canfu'r tîm fod cyflymiad atom gwrth-hydrogen, o fewn trachywiredd yr arbrawf presennol (tuag 20% o g), yn gyson â grym disgyrchiant atynnol rhwng mater a'r Ddaear sy'n gyfarwydd i ni.
Meddai'r Athro Niels Madsen o Brifysgol Abertawe, Dirprwy Lefarydd ALPHA: "Mae'n gyffrous gweld Prifysgol Abertawe’n chwarae rhan yn yr arbrawf cyntaf i arsylwi'n uniongyrchol ar effaith disgyrchiant ar wrthfater, gan baratoi'r ffordd ar gyfer mesuriadau llawer manylach yn y dyfodol y bydd cydweithrediadau niferus yn gofyn amdanynt. Yn y bôn, mae ffiseg yn ymchwilio i sut mae'r bydysawd yn gweithio, a'r unig ffordd o wybod mewn gwirionedd yw drwy fesuriadau trylwyr.”
Meddai'r Athro Stefan Eriksson, arweinydd mesureg fanwl gywir yn ALPHA: "Yn ôl Theori Perthynoledd Cyffredinol Albert Einstein sy'n disgrifio disgyrchiant, dylai gwrthrychau ddisgyn i'r Ddaear yn yr union un modd, ni waeth beth yw eu cyfansoddiad. Does neb wedi profi hyn gyda gwrthfater hyd yn hyn. I ni yng nghydweithrediad ALPHA, ein nod am y dyfodol yw cynyddu trachywiredd ein mesuriadau i archwilio a oes gwahaniaeth rhwng mater a gwrthfater. Gallai hyd yn oed y gwahaniaeth lleiaf helpu i esbonio pam, i bob pwrpas, nad oes unrhyw wrthfater ar ôl yn y bydysawd.
Ychwanegodd yr Athro Emeritws Mike Charlton: "Mae'r arbrawf hwn, a awgrymwyd gyntaf tua 40 mlynedd yn ôl, yn garreg filltir ym myd ffiseg atomig ac mae'n nodi dechrau oes newydd wrth astudio gwrth-hydrogen."
Darllenwch y papur yn llawn: Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter.