Gwrthdrawydd Hadronnau Mawr

Gwrthdrawydd Hadronnau Mawr
Enghraifft o'r canlynol	gwrthdröydd hadron, nodwedd ddaearyddol a wnaed gan bobl
Rhagflaenwyd gan	Large Electron–Positron Collider
Olynwyd gan	High Luminosity Large Hadron Collider
Perchennog	CERN
Yn cynnwys	ATLAS experiment, CMS experiment, A Large Ion Collider Experiment, LHCb
Gwladwriaeth	Y Swistir, Ffrainc
Rhanbarth	Genefa, Ain
Hyd	27 cilometr
Gwefan	http://home.cern/topics/large-hadron-collider, http://public.web.cern.ch/public/en/lhc/lhc-en.html
	Ffeiliau perthnasol ar Gomin Wicimedia

Lleolir y Gwrthdrawydd Hadronnau Mawr (Saesneg: Large Hadron Collider) rhwng Mynyddoedd Jura a'r Alpau yn y Swistir. Dyma'r cyflymydd gronynnau mwyaf o ran maint a phŵer yn y byd. Lleolir y twnnel tua 175m dan ddaear ac mae ganddo gylchedd o 27 km. Mae'n rhan o safle CERN.

Cychwynnwyd arbrawf i geisio atgynhyrchu'r sefyllfa ffisegol yn dilyn yn union ar ôl "y Glec Fawr", sef eiliadau cyntaf y Bydysawd yn ôl damcaniaeth y Glec Fawr, am 8.35 y bore (UTC) ar y 10fed o Fedi, 2008. Yn ystod yr arbrawf roedd gronynnau is-atomig yn cael eu hyrddio at ei gilydd o fewn y gwrthdrawydd ar gyflymder yn agos i gyflymder golau. Costiodd y peiriant cyflymu gronynnau £5 biliwn. Yn anffodus, ar 19 Medi, oherwydd magned diffygiol, roedd yn rhaid ailgynhesu, atgyweirio ac yna oeri'r system. Aildaniwyd y system ar 20 Tachwedd, 2009 a chylchwyd y cylch yn llwyddiannus. Cafwyd y gwrthdaro cyntaf ar 23 Tachwedd 2009.

Mae'r prif safle ym Meyrin yn cynnwys rhwydwaith pwerus o gyfrifiaduron i drin data i ddadansoddi'r arbrofion gwyddonol.

Roedd y prosiect dan arweiniad y Dr Lyn Evans (ganwyd 1945), gwyddonydd o Gymro sy'n dod o Aberdâr.

Sut mae’r gwrthdrawydd yn gweithio?

Cam 1- Cyflymydd Llinol (Linac 2)

Mae atomau hydrogen yn cael eu bwydo o silindr nwy ar gyfradd drachywir i mewn i siambr o fewn y cyflymydd llinol Linac 2. Mae electronau yn cael eu tynnu o’r atomau, sy’n eu gwneud yn brotonau â gwefr bositif. Mae’r maes trydanol eiledol yn gallu cyflymu’r gronynnau positif yma i draean cyflymder golau.

Cam 2- Cyfnerthydd Cylchol

Mae’r gronynnau yn teithio i'r cyfnerthydd. Nid yw cyflymiad llinol yn ymarferol yma oherwydd y buaneddau uchel, felly defnyddir cyflymydd cylchol, sy'n debyg i gylchtron. Mae’r gan y cyflymydd hwn gylchedd o 157m. I gyflymu’r protonau hyn, mae’r maes trydanol yn cael ei bylsadu. Gwneir hyn drwy ddefnydd cerrynt eiledol. Mae’r protonau yn cael eu cyfeirio mewn cylch gan faes magnetig sydd 90° i’r cylch. Mae’r cyfnerthydd hwn yn codi buanedd y protonau i 91.6% cyflymder golau.

Cam 3- Syncrotron protonau

O’r cyfnerthydd mae’r gronynnau yn parhau i’r syncrotron protonau. 620m yw cylchedd y syncrotron hwn, ac mae’r gronynnau yn cylchdroi yma am 1.2 eilliad ac yn cyrraedd dros 99.9% buanedd golau (sef 3X10⁸). Cyrhaeddir y pwynt trosiannol yma. Nid yw’r egni a roddir gan y maes trydanol yn gallu cael ei drosglwyddo i fuanedd ragor oherwydd bod y protonau bron â chyrraedd buanedd golau (sef y cyfyngiad) . Felly mae’r egni ychwanegol yn cael ei drawsnewid i fas. Mae egni pob proton nawr yn 25 GeV ac maent 25 gwaith yn drymach.

Cam 4- Syncrotron protonau uwch (Super Proton Synchrotron)

Mae’r protonau trwm iawn hyn yn cael eu bwydo nesaf i syncrotron arall, sef y “Super proton synchrotron.” Mae gan y syncrotron hwn gylchedd o 7 km ac mae’r egni yn cael ei gynyddu i 450 GeV.

Cam 5- Gwrthdrawydd Hadronnau Mawr

Erbyn hyn mae gan y protonau egni digonol i deithio i’r Gwrthdrawydd Hadronnau Mawr sy’n gorwedd rhwng Mynyddoedd Jura a’r Alpau. Mae gan y gwrthdrawydd hwn gylchedd o 27 km ac mae'n cynnwys dau diwb gwactod.

Mae hanner y gronynnau egnïoledig yn cael eu hanfon o fewn un tiwb yn glocwedd a'r hanner arall yn wrthglocwedd o fewn y tiwb arall. Mae’r protonau yn cylchdroi 11000 gwaith yr eilliad. Mae’r tiwbiau hyn yn croesi mewn pedwar man. Dyma lle mae’r canfodyddion a’r gwrthdrawiadau yn digwydd.

Diagram o'r safle

Dyma ddiagram o’r cyflymyddion a’r arbrofion yn CERN. Mae taith y gronynnau'n dechrau yn y cyflymyddion llinol. Maent yn parhau i’r cyfnerthydd, i’r syncrotron protonau, i’r syncrotron protonau uwch ac yn olaf i’r Cyflymydd Hadronnau Mawr. Mae’r smotiau melyn yn dynodi’r arbrofion a’r canfodyddion. Nid yw TOTEM a LHCf ar y diagram uchod.

Canfodyddion

Adeiladwyd chwe chanfodydd o gwmpas y Gwrthdrawydd Hadronnau Mawr o fewn ceudyllau enfawr a gloddiwyd ym mhwyntiau gwrthdaro’r twnnel. Mae TOTEM A LHCf yn llawer llai ac fe'i defnyddir ar gyfer ymchwil arbenigol.

Canfodydd	Disgrifiad
ATLAS	Dyma un o ddau ganfodydd holl-bwrpas. Defnyddir ATLAS i edrych am arwyddion o ffiseg newydd yn cynnwys tarddiad mass a dimensiynau ychwanegol.
CMS	Dyma’r canfodydd holl-bwrpas arall sydd fel ATLAS, yn edrych am yr Higgs Boson a chliwiau am y natur o fater tywyll.
ALICE	Bydd ALICE yn astudio’r ffurf hylifol a mater o’r enw quark-gluon plasma a bodolodd cyn y big bang.
LHCb	Ffurfiwyd meintiau hafal o fater a gwrth mater yn ystod y glec fawr. Mae LHCb am ddarganfod beth ddigwyddodd i’r gwrth mater sydd ar goll.

Cyfeiriadau

Datblygiadau posib yn y dyfodol

Ym Mehefin 2020 mae disgwyl i gyngor Cern ddatgelu cynlluniau ar gyfer dyfodol y prosiect. Yn ddibynnol ar ariannu, mae Cern yn bwriadu adeiladu gwrthdrawydd anferth newydd, pedwar gwaith maint y gwreiddiol a chwe gwaith mwy pwerus. Enw'r gwrthdrawydd newydd fydd Gwrthdrawydd Cylchol y Dyfodol (GCD) (Future Circular Collider, FCC). Os caiff ariannu'r prosiect ei gymeradwyo, mae disgwyl cymryd 10 mlynedd i'w adeiladu, gan olygu na fydd y GCD'n weithredol tan y flwyddyn 2050. ^[1]

↑ Devlin, Hannah (Mehefin 2020). "Cern poised to back plan for 20bn Euro successor to Large Hadron Collider". The Guardian: 3.

Dolenni allanol

Beth sydd nesaf i’r LHC?^{[dolen farw]} (taflen PDF)

[1] Devlin, Hannah (Mehefin 2020). "Cern poised to back plan for 20bn Euro successor to Large Hadron Collider". The Guardian: 3.

[1]