La Lune, clé dune énigme de la physique (1992 – 1995) Commission des Cadrans Solaires de la...

La Lune,clé d’une énigme

de la physique

(1992 – 1995)

Commission des Cadrans Solaires de la Société Astronomique de France

Pierre JuillotIPHC, Strasbourg, France

Réunion d’automne, 16 octobre 2010

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La physique des particulesLe CERN

1989: le Cern propose le Web comme système de communication interne

Ils ont bouleversé la société moderne

1970: l’armée US invente l’Internet (Arpanet)

CERN, 13 mars 1989Tim Berners-Lee

Les quatreéchelles

de la matière(actuelles)

10-10 m

10-14 m

10-15 m

≤ 10-18 m

10-18 m ↔élémentaire

Un tunnel de 26,659 km de circonférence creusé jusqu’à ~ -120 mètres

le LEP: 1989 → 2000: collisions e+ e- le LHC: 2010 →2021: collisions proton proton

Quatre zones d’expériences installées dans des cavernes souterraines

chambre à vide aimant de focalisation

aimant de courbure(dipole)

cavité accéleratrice

Schéma du LEP

aimants

Le tunnel du LEP

chambre à vide

monorail

L’énergie E du LEP est connue à ΔE/E ~ ± 10 ppm (1 ppm = 10-6 = un millionième)

ancien était

invention de Ferdinand Braun, professeur à Strasbourg de 1895 à 1918, prix Nobel de physique 1909 avec G. Marconi pour l’invention de la T.S.F.

= 100 GeV

1. accélération de paquets de matière e- et d’antimatière e+

2. collision de deux paquets dans les détecteurs (dans un champ magnétique)

E = mc2

3. enregistrement des trajectoires des particules produites

4. analyse

Une expérience en physique des particules

Le détecteur Atlas auprès de l’accélérateur LHC (2008)

poids: 7000 tonnes; longueur: 46 m; largeur: 25 m; hauteur: 25 m

Le détecteur ALEPH

auprès de l’accélérateur LEP (1989)

poids: 3000 tonnesØ= 10 m

Un événement dans un détecteur du LEP

E = ½ mc2 + ½ mc2

matière antimatière

Des événements prometteurs…

notre monde = 4 particules: proton = uud, neutron = udd, électron e, neutrino νL

Les particules vraiment élémentaires (matière)

Le LEP a connu de mystérieuses variations d’énergie

ΔEE

~120 ppm

… longtemps inexpliquées …

jusqu’à

Les coupables finalement démasqués :

↔ l’attraction de la Lune et du Soleil génère des marées océaniques et terrestres!

Ob

serva

toire

astro

no

miq

ue

de

Stra

sbo

urg

(visibles) (invisibles)

1. équation du centre

3.variation

2.évection

4. équation annuelle

5. réduction

déviation de l’orbite théorique sous l’effet des attractions du Soleil et de la Terre

la vitesse de la Lune est maximale en position de nouvelle et pleine Lune et minimale aux quartiers (mois synodique)

la Lune se déplace plus vite quand la Terre est à son aphélie que lorsqu’elle est au périhélie (année anomalistique)

transposition en longitudes écliptiques dans le plan orbital lunaire des perturbations précédentes (mois draconitique)

orbite elliptique (idem Terre)

La Lune a un mouvement képlerien perturbé par la Terre et par le Soleil il résulte de l’addition de 5 forces:

Plan de l’astre perturbateur

(de masse M età une distance d)

et un rayon r

→déformation de la circonférence terrestre

la Terre a une masse m

→production de bourrelets de marée

2f-2f

f

fLe phénomène de marée

F = GmM (d-r)2

=GMm

d2

(1 – r ) -2

dles forces de marées sont en f = →

GM r

d3

g=

d3Lune

r3Terre

mTerre

~10-7mLuneSur Terre, force de marée

poids =f

→ la force de marée sur un corps est ~ un dix millionnième de son poids

Forces de marée

La force de marée dûe au Soleil est la moitié de celle provoquée par la Lune

fSoleil

fLune

=d3

LuneMSoleil

MLune d3Soleil

0.47=

Les marées terrestres

Modèle CTE (Cartwright –Tayler - Edden)

Observatoire Royal de Bruxelles (Prof. P. Melchior)

►par des gravimètres à ressorts ou supraconducteurs

1. mesures

►à partir de perturbations de l’orbite de satellites artificiels

2. réalisation de cartes cotidiales et modélisation mathématique

→ le changement ∆r du rayon r de la Terre dû à un objet de masse M à une distance d en un point de distance zénitale θ est

(3 cos2 θ -1)∆r ≈ Md3

→le modèle CTE rajoute 505 composantes harmoniques

Les effets sur le LEP à Genève

écliptique

pôle de l’écliptique

εT= 23° 26’

εL=5°8’Lune

axe de rotation

terrestre

→ à l’équateur, ∆r ≈ ± 50 cm

→ à Genève, ∆r ≈ ± 12.5 cm

→ changement de la circonférence du LEP ≈ ± 0.5 mm

pleine Lune

vers ~ ½ Lune

ΔEE

~120 ppm

Mesures et prédictions du modèle CTE

Conclusion

Au cours des siècles, la Lune a été accusée d’être la cause de nombreux aspects étranges de phénomènes naturels.

Nous avons démontré l’effet du cycle lunaire sur l’énergie des faisceaux du CERN

Cet effet permet de souligner l’extraordinaire précision des expériencesde physique de particules

Un autre effet non prévu

et qui se répète chaque jour

Un impact non attendu de la civilisation

• ~ 20% du courant se perd dans le sol

• la SNCF utilise du courant continu à 1500 V

•

voyage le long des cables de masse et des chambres à vide du LEP

et intéragit avec le champ magnétique des aimants

voie SNCF

voie CFF

Des courants électriques vagabonds

Potentiel sur les rails

Potentiel sur la chambre à vide

Champ magnétique sur des sondes de contrôle

Départ du TGV de 16h40:3 mesures simultanées

Situation historique

• Le problème des trains électrifiés au voisinage des laboratoires de physique n’est pas tout à fait une découverte récente…

• 1895 : article du journal

Central-Zeitung für Optik und Mechanik, XVI. Jg, No. 13, page 151

“Nachtheile physikalischer Institute durch elektrische Bahnen”

“Les inconvénients des trains électrifiés pour les instituts de physique”

• à Berlin, pendant les premiers test d’électrification des tramways (auparavant tirés par des chevaux) on constata que des courants vagabonds perturbaient lesèlectromètres sensibles

Influence du niveaudu Lac Léman

jour

Niv

eau

du

lac

Lém

an

(m)

jour

ΔE

→ fluctuation périodiquede la circonférence du LEP de 2 mm

→ le poids de l’eau dans le lacLéman déforme la crouteterrestre dans la région

Effet d’écran de la Lune sur le rayonnement cosmique détecté sur Terre?( idée proposée en 1957)

• Addition de détecteurs pour déclencher sur les muons μ cosmiques

Modification d’une expérience LEP comme détecteur du rayonnement cosmique

• Collecte et analyse de 1010 événements μ cosmiquesces μ sont produits dans l’atmosphère et conservent ladirection du proton primaire

• Le champ magnétique terrestre dévie les trajectoires des particules chargées

• La Lune peut absorber des proton en route vers le Terre

«L’ombre de la Lune»

équation du centre

évection

variation

équation annuelle

réduction

les 5 équations lunaireséq

uat

ion

du

tem

ps

équ

ation

de la lig

ne d

es no

eud

s

Le mouvement de la Lune reproduit à l’horloge astronomique de Strasbourg