Cynnydd mewn Cludiant Antiproton  

Cynhyrchodd y Glec Fawr yr un faint o fater a gwrthfater a ddylai fod wedi dinistrio ei gilydd gan adael bydysawd gwag ar eu hôl. Fodd bynnag, goroesodd mater ac mae'n dominyddu'r bydysawd tra diflannodd gwrth-fater. Credir y gallai rhywfaint o wahaniaeth anhysbys mewn priodweddau sylfaenol rhwng gronynnau a gwrthronynnau cyfatebol fod yn gyfrifol am hyn. Mae gan fesuriadau manwl gywir o briodweddau sylfaenol gwrthbrotonau'r potensial i gyfoethogi dealltwriaeth o anghymesuredd mater-gwrthfater. Mae angen cyflenwad o wrthbrotonau. Ar hyn o bryd, Arafwr Antiproton CERN (AD) yw'r unig gyfleuster lle mae gwrthbrotonau'n cael eu cynhyrchu a'u storio. Nid yw'n bosibl cynnal astudiaethau manwl uchel o wrthbrotonau ger AD oherwydd amrywiadau maes magnetig a gynhyrchir gan gyflymwyr. Felly, mae cludo gwrthbrotonau o'r cyfleuster hwn i labordai eraill yn hanfodol. Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw dechnoleg addas i wneud hynny. Mae BASE-STEP yn gam ymlaen i'r cyfeiriad hwn. Mae'n ddyfais gymharol gryno a gynlluniwyd i storio a chludo gwrthbrotonau o gyfleuster CERN i labordai mewn lleoliadau eraill ar gyfer astudiaethau manwl uchel o wrthfater. Ar 24 Hydref 2024, cynhaliodd BASE-STEP arddangosiad technoleg llwyddiannus gan ddefnyddio protonau wedi’u dal fel stand-in ar gyfer gwrthbrotonau. Roedd yn cludo cwmwl o 70 proton yn lleol mewn tryc. Dyma oedd yr enghraifft gyntaf o gludo gronynnau rhydd mewn trap amldro ac yn gam pwysig tuag at greu gwasanaeth dosbarthu gwrthbrotonau i arbrofion mewn labordai eraill. Gyda rhai gwelliannau mewn gweithdrefnau, bwriedir cludo gwrthbrotonau yn 2025.  

Yn y dechrau, cynhyrchodd y Glec Fawr yr un faint o fater a gwrthfater. Mae'r ddau yn union yr un fath o ran priodweddau, dim ond bod ganddynt wefrau dirgroes, a bod eu momentau magnetig yn cael eu gwrthdroi.  

Dylai'r mater a'r gwrthfater fod wedi cael eu dinistrio'n gyflym gan adael bydysawd gwag ar ei ôl, fodd bynnag ni ddigwyddodd hynny. Mae'r bydysawd bellach yn cael ei ddominyddu'n llwyr gan fater tra bod gwrth-fater wedi diflannu. Credir bod rhywfaint o wahaniaeth anhysbys rhwng gronynnau sylfaenol a'u gwrthronynnau cyfatebol a allai fod wedi arwain at oroesiad mater tra bod gwrthfater wedi'i ddileu gan arwain at anghymesuredd mater-gwrth-fater.  

Yn ôl cymesuredd CPT (Tâl, Paredd, a Gwrthdroi Amser), sy'n rhan o Fodel Safonol ffiseg gronynnau, dylai priodweddau sylfaenol gronynnau fod yn gyfartal ac yn rhannol gyferbyn â rhai eu gwrthronynnau cyfatebol. Gall mesuriadau arbrofol manwl-uchel o wahaniaethau ym mhriodweddau sylfaenol gronynnau (fel masau, gwefrau, oesoedd neu eiliadau magnetig) gronynnau a’u gwrthronynnau cyfatebol fod o gymorth i ddeall anghymesuredd mater-gwrthfater. Dyma gyd-destun CERN'S Baryon Arbrawf Cymesuredd Antibaryon (BASE).   

Mae arbrawf BASE wedi'i gynllunio i ymchwilio i Gymesuredd Antiproton Proton trwy wneud mesuriadau manwl uchel o briodweddau (fel moment magnetig cynhenid) gwrthbrotonau gyda thrachywiredd ffracsiynol yn nhrefn rhan-y-biliwn. Y cam nesaf yw cymharu'r mesuriadau hyn â'r gwerthoedd cyfatebol ar gyfer protonau. Ar gyfer eiliad magnetig gynhenid, mae'r broses gyfan yn seiliedig ar fesuriadau amlder Larmor ac amlder cyclotron.     

Ar hyn o bryd, Arafwr Antiproton CERN (AD) yw'r unig gyfleuster lle mae gwrthbrotonau'n cael eu cynhyrchu a'u storio'n rheolaidd. Mae angen astudio'r gwrthbrotonau hyn yma yng nghyfleuster CERN ond mae'r amrywiadau maes magnetig a gynhyrchir gan y cyflymydd ar y safle yn cyfyngu ar gywirdeb mesuriadau priodweddau gwrthbrotonau. Felly, mae'n hanfodol cludo gwrthbrotonau a gynhyrchir yn OC i labordai mewn lleoliadau eraill. Ond nid yw'n hawdd delio â gwrthfaterau gan eu bod yn dinistrio'n gyflym ar ôl dod i gysylltiad â mater. Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw dechnoleg addas i gludo gwrthbrotonau i labordai mewn lleoliadau eraill i ymchwilwyr gynnal astudiaethau manwl uchel. Mae BASE-STEP (Profion Cymesuredd mewn Arbrofion ag Antiprotonau Cludadwy) yn gam ymlaen i'r cyfeiriad hwn.  

Dyfais gymharol gryno yw BASE-STEP a ddyluniwyd i storio a chludo gwrthbrotonau o gyfleuster CERN i labordai mewn lleoliadau eraill ar gyfer astudiaethau manwl uchel o wrthfater. Mae'n is-brosiect o BASE, mae'n pwyso tua thunnell ac mae tua phum gwaith yn llai na'r arbrawf BSE gwreiddiol.  

Ar 24 Hydref 2024, cynhaliodd BASE-STEP arddangosiad technoleg llwyddiannus gan ddefnyddio protonau wedi’u dal fel stand-in ar gyfer gwrthbrotonau. Roedd yn cludo cwmwl o 70 proton yn lleol mewn tryc. Dyma oedd yr enghraifft gyntaf o gludo gronynnau rhydd mewn trap amldro ac yn gam pwysig tuag at greu gwasanaeth dosbarthu gwrthbrotonau i arbrofion mewn labordai eraill. Gyda rhywfaint o fireinio mewn gweithdrefnau, bwriedir cludo gwrthbroton yn 2025.  

Mae PUMA (Difodiad Mater Ansefydlog gwrth-Proton) yn arbrawf arall o natur debyg ond wedi'i anelu at amcanion gwahanol. Yn yr un modd â BASE-STEP, mae PUMA hefyd yn cynnwys paratoi trap y gellir ei gludo i symud gwrthbrotonau o neuadd Arafwr Antiproton (AD) CERN i'w gyfleuster ISOLDE i'w ddefnyddio i astudio ffenomenau ffiseg niwclear egsotig.  

*** 

Cyfeiriadau:  

1. CERN. Newyddion – Mae arbrawf BASE yn cymryd cam mawr tuag at wrthfater cludadwy. Wedi'i bostio ar 25 Hydref 2024. Ar gael yn https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter  

2. CERN. Adroddiad Dylunio Technegol BASE-STEP.  https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf 

3. Smorra C., et al 2023. CAM-SYLFAEN: Cronfa gwrth-protonau cludadwy ar gyfer astudiaethau rhyngweithio sylfaenol. Sci. Offeryn. 94, 113201. 16 Tachwedd 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492 

4. Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, gwrthProton annihilation mater ansefydlog. Eur. Phys. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x 

*** 

Erthyglau perthnasol 

• Pam mae 'Mater' yn Dominyddu'r Bydysawd ac nid 'Antimatter'? Yn Holi Pam Mae Bydysawd Yn Bodoli (18 Ebrill 2020) 

• Dadorchuddio Dirgelwch Anghymesuredd Mater-Antimatter y Bydysawd gydag Arbrofion Osgiliad Niwtrino (1 2020 May)  

• Gwrthdrawwyr gronynnau ar gyfer astudio “bydysawd cynnar iawn”: dangosodd gwrthdrawiadydd Muon (31 Hydref 2024)  

***