Gwyddonwyr Caerdydd i arwain helfa am fater tywyll

Bydd gwyddonwyr Prifysgol Caerdydd yn arwain consortiwm sy'n gobeithio olrhain un o'r deunyddiau mwyaf dirgel yn y Bydysawd - mater tywyll.

Bydd y cydweithrediad Interferometreg Cwantwm-Uwch (QI) gwerth £5 miliwn yn defnyddio technoleg gwantwm o'r radd flaenaf i daflu mwy o olau ar y deunydd sy'n ffurfio tua 27 y cant o'r Bydysawd ond sydd eto i'w ganfod yn uniongyrchol.

Mae'r tîm hefyd yn gobeithio y bydd eu hymdrechion yn mynd rhywfaint o'r ffordd i lywio'r uniad hir-ddisgwyliedig o ffiseg cwantwm a theori disgyrchiant, trwy chwilio am arwyddion o gwanteiddio amser-gofod.

Mae'r prosiect wedi derbyn cyllid gan Ymchwil ac Arloesedd y DU (UKRI) fel rhan o fuddsoddiad o £31 miliwn mewn saith prosiect a fydd yn dangos sut y gallai technolegau cwantwm ddatrys rhai o'r dirgelion mwyaf mewn ffiseg sylfaenol.

Fel rhan o'r prosiect bydd y tîm yn adeiladu arbrofion newydd sbon i chwilio am fater tywyll yn seiliedig ar dechneg o'r enw interferometreg.

Mae interferometreg yn ddyfeisiau hynod fanwl gywir sy'n defnyddio golau i fesur pethau gyda chywirdeb rhyfeddol a byddant yn caniatáu i'r ymchwilwyr archwilio sut mae mater tywyll yn rhyngweithio â ffotonau, sef uned sylfaenol golau.

Mae mater tywyll yn cynnwys gronynnau nad ydynt yn amsugno, adlewyrchu, nac yn allyrru golau, felly ni ellir eu gweld yn uniongyrchol. Mae gwyddonwyr yn gwybod bod mater tywyll yn bodoli oherwydd yr effaith y mae'n ei chael ar wrthrychau y gallwn eu harsylwi'n uniongyrchol.

Er enghraifft, wrth i alaeth droelli dylai gael ei rhwygo'n ddarnau, ond nid yw hyn yn digwydd gan fod disgyrchiant yn ei dal ynghyd. Fodd bynnag, mae maint y disgyrchiant sy'n ofynnol i wneud hyn yn enfawr ac ni ellid ei gynhyrchu gan y mater gweladwy yn yr alaeth, felly mae gwyddonwyr yn credu bod mater tywyll yn chwarae rhan.

Mae deall mater tywyll yn bwysig o ran deall maint, siâp a dyfodol y Bydysawd, yn ogystal â ffurfiad ac esblygiad galaethau a chlystyrau.

Yn ychwanegol i'r broses o chwilio am fater tywyll, bydd y cydweithrediad QI yn ymchwilio i agweddau cwantwm ar amser-gofod ac yn pennu sut mae modd uno gwahanol theorïau gwyddonol a gwrthgyferbyniol mecaneg cwantwm a pherthnasedd cyffredinol, o'r diwedd.

Dywedodd Prif Ymchwilydd y Cydweithrediad QI, yr Athro Hartmut Grote, o Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: “Rydyn ni wrth ein bodd ein bod ni'n gallu adeiladu arbrofion newydd gan ddefnyddio technolegau cwantwm i geisio taflu goleuni ar y cwestiynau sylfaenol hyn."

Dywedodd y Cyd-Ymchwilydd Dr Katherine Dooley (hefyd o Brifysgol Caerdydd): “Yn ein harbrawf newydd byddwn yn cymhwyso technoleg cyflyrau golau gwasgedig i interferomedrau ar sensitifrwydd digynsail. Edrychaf ymlaen yn fawr at yr ymchwil newydd gyffrous hon.”

Dywedodd y Gweinidog Gwyddoniaeth Amanda Solloway: “Wrth i ni adeiladu’n gryfach o’r pandemig, mae’n hanfodol ein bod yn defnyddio’n dylanwad i gefnogi technolegau trawsnewidiol newydd, fel cwantwm, a allai helpu i ddatgelu darganfyddiadau gwyddonol newydd a chadarnhau statws y DU fel arch-bŵer gwyddoniaeth.

“Bydd y cyllid hwn yn galluogi rhai o ymchwilwyr cwantwm mwyaf uchelgeisiol y DU ym Mhrifysgol Caerdydd i ddatblygu dyfeisiau technolegol arloesol a fydd yn ein helpu i ddatrys cwestiynau pwysig heb eu hateb am y bydysawd fel canfod a deall natur ddirgel mater tywyll.”

Arweinir y consortiwm QI rhyngwladol gan Brifysgol Caerdydd, sydd wedi derbyn cyllid o £1.17 miliwn, ac mae'n cynnwys Prifysgolion Birmingham, Glasgow, Ystrad Clyd, a Warwick yn y DU, MIT, Caltech, NIST, a Fermilab yn yr UDA, a DESY ac AEI Hannover yn yr Almaen.

Mae'r prosiect hefyd wedi'i gysylltu â dau Hwb Cwantwm Cenedlaethol y DU a bydd yn cymhwyso technolegau o'r radd flaenaf, gan gynnwys ceudodau optegol, cyflwr cwantwm goleuni, synwyryddion ymyl trawsnewid, a haenau optegol perfformiad eithafol, i ddosbarth eang o broblemau ffiseg sylfaenol.