Mae QUEST yn chwilio am atebion i ddirgelion y bydysawd mewn labordy newydd yn y Brifysgol

Mae ymchwilwyr yn chwilio am atebion i rai o'r cwestiynau mwyaf dyrys ym maes ffiseg sylfaenol mewn labordy arbrofol newydd sbon ym Mhrifysgol Caerdydd.

Gan harneisio datblygiadau technolegol ym maes ffiseg disgyrchiant, bydd y tîm o offerynwyr yn ymchwilio i natur gofod-amser a mater tywyll ac yn chwilio am olion tyllau du cychwynnol, a hynny er mwyn dysgu rhagor am hanes a chyfansoddiad y bydysawd.

Yn y labordy pwrpasol cynhelir arbrawf unigryw ymyriadureg Cwantwm at ddibenion ymchwil gofod-amser (QUEST), a grëwyd gan dîm arbenigol Caerdydd. Yno hefyd bydd offerynnau tonnau disgyrchiant a chyfarpar prototeipio ategol.

Ychwanegwyd labordy newydd yr ystafell lân gwerth £1m, a gefnogir gan Sefydliad Wolfson a Chyngor Cyllido Addysg Uwch Cymru (CCAUC), at labordy a oedd eisoes yno i orffen adeiladu cyfres o labordai ymchwil lle bydd y tîm o arbrofwyr yn ehangu eu gwaith i ddatblygu a dylunio offerynnau ymchwil ym maes ffiseg disgyrchiant.

Dyma a ddywedodd yr Athro Hartmut Grote yn Sefydliad Archwilio Disgyrchiant Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: "Yn y labordai newydd byddwn ni’n gallu ehangu ein gwaith gan ddefnyddio ymyriadureg fanwl gywir yn offeryn i fynd i'r afael â dirgelion ffiseg sydd heb eu datrys.

"Ymhlith y rhain mae meintioli gofod-amser, mater tywyll neu'r hyn y mae tonnau disgyrchiant - crychdonnau bach yn y gofod-amser – yn ei ddweud wrthon ni am hanes a chyfansoddiad ein bydysawd.”

Yn y labordy newydd bydd y galedwedd sydd ei hangen i adeiladu a defnyddio offerynnau ar gyfer arbrofion o'r math hwn.

Gan ddefnyddio drychau, laserau, synwyryddion a sglodion cyfrifiadurol, bydd y tîm yn adeiladu QUEST, sef dau ymyradur laser pwrpasol a manwl gywir sy'n gweithio ar y cyd ar sail un offeryn.

Dyma a ddywedodd yr Athro Katherine Dooley, sydd hefyd yn gweithio yn Sefydliad Archwilio Disgyrchiant Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: Bydd QUEST yn profi rhagfynegiadau o ddamcaniaethau sy'n ceisio uno’r damcaniaethau, sydd hyd yn hyn yn anghyson â’i gilydd, sy’n ymdrin â pherthynoledd cyffredinol a ffiseg cwantwm.

"Byddwn ni’n chwilio am arwyddion gronynnau, neu feintioli, gofod-amser, y bydd modd hwyrach eu mesur yn sgil yr egwyddor holograffig, fel y'i gelwir.”

Gwnaeth gwyddonwyr o Brifysgol Caerdydd gyfraniadau o bwys at y cylch cyntaf un o arsylwi tonnau disgyrchiant yn 2015 a’r canfyddiadau dilynol wedi hynny.

Gosododd eu hymchwil sylfeini canfod tonnau disgyrchiant, gan ddatblygu algorithmau a meddalwedd newydd sydd wedi dod yn offer chwilio safonol at ddibenion canfod yr arwyddion sy’n anodd eu canfod.

Ers hynny, mae Prifysgol Caerdydd wedi ehangu ei harbenigedd ym maes ffiseg arbrofol tonnau disgyrchiant, gan benodi'r Athro Grote a'r Athro Dooley yn 2018 a Dr Keiko Kokeyama yn 2021.

Dyma gyfuniad eithriadol o sgiliau ac arbenigedd, gan ddod â phrofiad o ddylunio, adeiladu a chomisiynu offerynnau synhwyro mewn tri o bedwar arsyllfa tonnau disgyrchiant y byd: GEO600 yn yr Almaen, Arsyllfa Tonnau Disgyrchiant Ymyraduron Laser (LIGO) yn yr Unol Daleithiau a synhwyrydd KAGRA yn Siapan.

Tiwbiau cilomedr o hyd ar ffurf L yw synwyryddion tonnau disgyrchiant. Caiff pelydren laser ei bownsio yn ôl ac ymlaen rhwng drychau sydd gyferbyn â’i gilydd ar ben pob braich. Mae gwyddonwyr yn chwilio am arwyddion o donnau disgyrchiant sy’n cyrraedd y synwyryddion, gan chwilio am ddiffyg cyfatebiaeth hynod fyr yn yr amser y mae’n ei gymryd i bob pelydren gwblhau ei thaith.

Dyma a ychwanegodd Dr Kokeyama, sydd hefyd yn gweithio yn Sefydliad Archwilio Disgyrchiant Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: "Bydd ein gwaith o gymorth i ddylunio’r genhedlaeth nesaf o synwyryddion tonnau disgyrchiant yn Ewrop, yr Unol Daleithiau, India a Siapan, yn enwedig wrth inni ymchwilio i fathau newydd o offer golau gwasgedig.”