A minnau wedi ail gynnau fy niddordeb mewn llenyddiaeth ffantasi a gwyddonias yn ddiweddar, wrth ddarllen Y Nendyrau, nofel gyntaf Seran Dolma, siom a dadrith oedd darllen papur yn trafod gwrth-fater (antimatter) yn Nature ddiwedd mis Medi. Dros y ganrif, ers ei grybwyll yn 1928 gan Paul Dirac a’i ddatgelu i’r byd yn 1932 gan Carl David Anderson, mae gwrth-fater wedi cydio yn nychymyg y cyhoedd yn fwy na’r un sylwedd elfennol arall. Bodau a bydysawdau yn fath o ddrych-ddelwedd inni, yn ymateb i’r gwrthwyneb llwyr i bob ysgogiad. A phe cyfarfu dyn â’i “ddrych”iolaeth byddai’r ddau yn diflannu ar amrant mewn cawod o belydrau gama egnïol !
Mae cnewyllyn o wirionedd i’r syniad olaf. Dilëir gronynnau mater, megis yr electron, yn llwyr wrth gyd-daro â’i wrth-ronynnau, megis y positron. Ond dros y degawdau mae sawl awdur nofel wedi crybwyll un nodwedd arbennig arall. Bod gwrth fater yn “disgyn” i fyny. Nodwedd ddefnyddiol iawn wrth ddyfeisio pob math o gerbydau hedfan a llongau’r gofod !
At ei gilydd, mae’r damcaniaethwyr wedi cytuno na fyddai hyn yn digwydd a bod dylanwad disgyrchiant yr un fath ar fater ag ar wrth-fater. Ond tan eleni nid oedd neb wedi llwyddo i ddangos hyn yn y labordy. Y broblem ydy ei bod mor anodd gwneud arbrofion “go iawn” â gwrth-fater. Sut mae cronni digon ohono, heb iddo ddiflannu’n syth wrth adweithio i unrhyw gynhwysydd ? Yn awr mae Jeffrey Hangst o Brifysgol Aarhus yn Nenmarc, ynghyd â thîm o dros hanner cant o gydweithwyr yn CERN, wedi casglu digon o atomau o wrth-hydrogen i wneud yr arbrawf. Cyfuniad o broton ac electron yw atom hydrogen. Yn CERN mae modd casglu gwrth-brotonau a phositronau. Cymysgodd Hangst a’r criw ddigon ohonynt mewn siambr fagnetig i greu tua 20 atom gwrth-hydrogen bob 4 munud. Yna agorwyd pen a gwaelod y siambr a mesurwyd ymddangosiad yr atomau o’r ddau ben dros gyfnod o 20 eiliad. A fyddai mwy yn codi i’r brig, neu’n suddo i’r gwaelod ? (Ystyriwch wneud yr un arbrawf gyda chwmwl o fwg.)
Fel y dangosodd Galileo a Newton, ar wyneb y ddaear mae mater yn disgyn gyda chyflymiad (acceleration) o 9.81 m yr eiliad pob eiliad (sef un “g”). Canlyniad yr arbrawf yn CERN oedd bod gwrth-fater yn disgyn â chyflymiad rhwng 0.46g ac 1.04g. Er bod tipyn o ansicrwydd yma am yr union gyflymiad, nid oes amheuaeth mai i lawr ac nid lan oedd y symud. Bydd y tîm yn awr yn mynd ati i fireinio’r union werth. Mae disgyrchiant yn bwnc amserol iawn ym myd ffiseg – a rhagwelir y bydd yr arbrofion yma yn dadlennu mwy amdano. Yn y cyfamser bydd yr holl longau gofod gyriant-gwrth-fater yn aros â’u traed yn sownd ar y ddaear.
Rhywbeth sydd bron mor anodd eu dal â gwrth-atomau yw rhoi swaden i ladd mosgitos. Yn awr mae Antoine Cribellier a’i dîm yn Wageningen yn yr Iseldiroedd wedi esbonio peth o’r anhawster. Cyhoeddwyd yr ateb ar wefan bioRχiv ddiwedd Awst. Mae’r creaduriaid yn synhwyro’r llif awyr sy’n dod gyda’r arf (copi o Barn, er enghraifft) ac yn dianc trwy frigdonni’n bwrpasol y don o wasgedd.
Fel nifer helaeth o bryfed y nos sy’n sugno gwaed mae’n rhaid i’r mosgito osgoi adwaith blin ei brae heb allu ei weld yn y tywyllwch. Trwy ei ffilmio gyda chamerâu is-goch cyflym iawn roedd modd i Cribellier fesur faint o’r ymateb oedd yn actif a faint oedd yn ddim mwy na “mynd gyda’r llif”. Hyd at 41% yn unig oedd yr ail, gyda chyfraniad sylweddol o’r dianc yn digwydd oherwydd dawn y pryfed i synhwyro ac ymateb yn fwriadol i ba ffordd ‘roedd y gwynt yn chwythu.
Mae’n debyg bod llif awyr yn bwysig iawn wrth gynllunio trapiau ar gyfer rheoli pryfed, megis mosgitos, sy’n cario rhai o heintiau pwysicaf y ddaear. Bydd y wybodaeth newydd yma o fydd ymarferol, felly.
Cyd-drawiad dau wrthrych sy’n nodweddu’r ddau hanesyn yma. Y ddaear a’r atom gwrth-hydrogen yn y gyntaf, a’r mosgito a chynffon buwch (er enghraifft) yn yr ail. Wrth astudio ffiseg yn yr ysgol fe ddysgais mai hawdd yw disgrifio ymddygiad dau wrthrych yn cyd-daro (deddfau Newton, unwaith eto). Mae chwaraewr snwcer, megis Mark Williams (Y Peiriant Potio Cymreig) yn manteisio ar hyn. Ei gamp arbennig yw saernïo cyfres o adweithiau o’r fath. Y ciw a’r bêl ciw, un bêl ac un arall, y bêl a’r cws. Mae’r atom hydrogen yn enghraifft arall – un proton ac un electron yn adweithio’n barhaol. Mater arall yw pan ddaw trydydd gwrthrych parhaol i’r adwaith. Sut mae’r haul, y ddaear a’r lleuad yn cyd-ymddwyn, er enghraifft ? (Heb sôn am y myrdd o wrthrychau sy’n rhyngweithio yn y bydysawd go iawn !) Syndod imi yn y brifysgol oedd darganfod bod hyn yn fater hynod o gymhleth. Gelwir y ffenomen “Problem y Tri Chorff”. Nid digon yw ceisio uno cyfres o ryngweithiadau dau gorff.
Yn y ddeunawfed ganrif dangosodd y mathemategwyr Leonhard Euler a Joseph-Louis Lagrange bod modd esbonio dyrnaid o enghreifftiau arbennig. Mae cylchdro Telesgop James Webb yn defnyddio un o’r datrysiadau hyn ar gyfer y ddaear, yr haul a’r telesgop; sef L2, yr ail bwynt Lagrange.
Yn 2017 cyfrannodd Xiaoming Li a Shijun Liao 669 datrysiad arbennig newydd. Yna ryw fil a hanner arall yn 2018. Bellach, ar wefan Arχif ar ddiwedd Awst, mae Ivan Hristov a’i gydweithwyr ym Mhrifysgol Soffia ym Mwlgaria wedi cynyddu’r nifer i 12,409.
Mae prydferthwch rhyfeddol yn y fathemateg ddamcaniaethol hon. Ond amser a ddengys pa mor ymarferol y bydd hi i ddisgrifio’r bydysawd o’n cwmpas wrth i wybodaeth amlhau’n aruthrol am bellafoedd y cosmos ac am fanylion y gronynnau egsotig lleiaf . Ond eisioes, fel gyda gwrth-fater, mae wedi cydio yn y dychymyg lleyg. Disgwylir lansiad cyfres wyddonias 3 Body Problem, addasiad o nofelau Tsieineeg 2007 Liu Cixin, ar Netflix ym mis Ionawr.
Pynciau: Gwrth-fater, Mosgito, Problem y Tri Corff
Cyfeiriadau
Gwrth-fater: E. K. Anderson, C. J. Baker, W. Bertsche, N. M. Bhatt, G. Bonomi, A. Capra, I. Carli, C. L. Cesar, M. Charlton, A. Christensen, R. Collister, A. Cridland Mathad, D. Duque Quiceno, S. Eriksson, A. Evans, N. Evetts, S. Fabbri, J. Fajans, A. Ferwerda, T. Friesen, M. C. Fujiwara, D. R. Gill, L. M. Golino, M. B. Gomes Gonçalves, P. Grandemange, P. Granum, J. S. Hangst, M. E. Hayden, D. Hodgkinson, E. D. Hunter, C. A. Isaac, A. J. U. Jimenez, M. A. Johnson, J. M. Jones, S. A. Jones, S. Jonsell, A. Khramov, N. Madsen, L. Martin, N. Massacret, D. Maxwell, J. T. K. McKenna, S. Menary, T. Momose, M. Mostamand, P. S. Mullan, J. Nauta, K. Olchanski, A. N. Oliveira, J. Peszka, A. Powell, C. Ø. Rasmussen, F. Robicheaux, R. L. Sacramento, M. Sameed, E. Sarid, J. Schoonwater, D. M. Silveira, J. Singh, G. Smith, C. So, S. Stracka, G. Stutter, T. D. Tharp, K. A. Thompson, R. I. Thompson, E. Thorpe-Woods, C. Torkzaban, M. Urioni, P. Woosaree a J. S. Wurtele (2023) Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter. Nature 621, 716–722
Mosgito: Antoine Cribellier, Leonardo Honfi Camilo, Pulkit Goyal a Florian T. Muijres (2023) Mosquitoes escape looming threats by actively flying with the bow-wave induced by the attacker bioArχiv Awst 28
Problem y Tri Corff: Ivan Hristov, Radoslava Hristova, Veljko Dmitrašinović a Kiyotaka Tanikawa (2023) Three-body periodic collisionless equal-mass free-fall orbits revisited. Arχiv Awst 23
<olaf nesaf>
Deri Tomos 