La Lune, clé d’une énigme de la physique (1992 – 1995)

1. Commission des Cadrans Solaires de la Société Astronomique de France Réunion d’automne, 16 octobre 2010 Cliquez pour avancer… La Lune, clé d’une énigmede la physique (1992 – 1995) Pierre JuillotIPHC, Strasbourg, France

2. La physique des particulesLe CERN

3. Ils ont bouleversé la société moderne 1970: l’armée US invente l’Internet (Arpanet) 1989: le Cern propose le Web comme système de communication interne

4. CERN, 13 mars 1989 Tim Berners-Lee

5. 10-10 m 10-18 m ↔élémentaire Les quatre échelles de la matière (actuelles) 10-14 m 10-15 m ≤10-18 m

6. 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

7. Quatre zones d’expériences installées dans des cavernes souterraines

8. Schéma du LEP cavité accéleratrice aimant de courbure (dipole) aimant de focalisation chambre à vide

9. Le tunnel du LEP monorail chambre à vide aimants L’énergie E du LEP est connue à ΔE/E ~ ± 10 ppm (1 ppm = 10-6 = un millionième)

10. ancien était = 100 GeV 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.

11. Une expérience en physique des particules 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

12. Le détecteur Atlas auprès de l’accélérateur LHC (2008) poids: 7000 tonnes; longueur: 46 m; largeur: 25 m; hauteur: 25 m

13. Le détecteur ALEPH auprès de l’accélérateur LEP (1989) poids: 3000 tonnesØ= 10 m

14. Un événement dans un détecteur du LEP E = ½ mc2 + ½ mc2 matière antimatière

15. Des événements prometteurs…

16. Les particules vraiment élémentaires (matière) notre monde = 4 particules: proton = uud, neutron = udd, électron e, neutrino νL

17. Le LEP a connu de mystérieuses variations d’énergie jusqu’à ΔE E ~120 ppm … longtemps inexpliquées …

18. Les coupables finalement démasqués : Observatoire astronomique de Strasbourg ↔ l’attraction de la Lune et du Soleil génère des marées océaniques et terrestres! (visibles) (invisibles)

19. La Lune a un mouvement képlerien perturbé par la Terre et par le Soleil il résulte de l’addition de 5 forces: 1. équation du centre orbite elliptique (idem Terre) 2.évection déviation de l’orbite théorique sous l’effet des attractions du Soleil et de la Terre 3.variation la vitesse de la Lune est maximale en position de nouvelle et pleine Lune et minimale aux quartiers (mois synodique) 4. équation annuelle la Lune se déplace plus vite quand la Terre est à son aphélie que lorsqu’elle est au périhélie (année anomalistique) 5. réduction transposition en longitudes écliptiques dans le plan orbital lunaire des perturbations précédentes (mois draconitique)

20. Le phénomène de marée f la Terre a une masse m et un rayon r Plan de l’astre perturbateur(de masse M et à une distance d) -2f 2f f →déformation de la circonférence terrestre →production de bourrelets de marée

21. Forces de marée GmM (d-r)2 GMm (1 – r ) -2 GM r F = = → les forces de marées sont en f = d d2 d3 Sur Terre, force de marée mLune r3Terre f = = ~10-7 poids g d3Lune mTerre → la force de marée sur un corps est ~ un dix millionnième de son poids La force de marée dûe au Soleil est la moitié de celle provoquée par la Lune fSoleil MSoleil d3Lune = = 0.47 fLune MLune d3Soleil

22. Les marées terrestres 1. mesures ►par des gravimètres à ressorts ou supraconducteurs ►à partir de perturbations de l’orbite de satellites artificiels 2. réalisation de cartes cotidiales et modélisation mathématique Observatoire Royal de Bruxelles (Prof. P. Melchior) → 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 M ∆r ≈ (3 cos2θ -1) d3 Modèle CTE (Cartwright –Tayler - Edden) →le modèle CTE rajoute 505 composantes harmoniques

23. Les effets sur le LEP à Genève axe de rotation terrestre pôle de l’écliptique εT= 23° 26’ Lune εL=5°8’ écliptique → à l’équateur, ∆r ≈ ± 50 cm → à Genève, ∆r ≈ ± 12.5 cm → changement de la circonférence du LEP ≈ ± 0.5 mm

24. Mesures et prédictions du modèle CTE pleine Lune ΔE E ~120 ppm vers ~ ½ Lune

25. 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

26. Un autre effet non prévu et qui se répète chaque jour

27. Un impact non attendu de la civilisation • • la SNCF utilise du courant continu à 1500 V • ~ 20% du courant se perd dans le sol voyage le long des cables de masse et des chambres à vide du LEP et intéragit avec le champ magnétique des aimants

28. Des courants électriques vagabonds voie CFF voie SNCF

29. Départ du TGV de 16h40: 3 mesures simultanées Potentiel sur les rails Potentiel sur la chambre à vide Champ magnétique sur des sondes de contrôle

30. 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 électrifiéspour 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 les èlectromètres sensibles

31. Influence du niveaudu Lac Léman Niveau du lac Léman (m) jour ΔE → le poids de l’eau dans le lacLéman déforme la crouteterrestre dans la région → fluctuation périodiquede la circonférence du LEP de 2 mm jour

32. Effet d’écran de la Lune sur le rayonnement cosmique détecté sur Terre?( idée proposée en 1957) Modification d’une expérience LEP comme détecteur du rayonnement cosmique • Addition de détecteurs pour déclencher sur les muons μ cosmiques • Collecte et analyse de 1010 événements μ cosmiquesces μ sont produits dans l’atmosphère et conservent ladirection du proton primaire • La Lune peut absorber des proton en route vers le Terre • Le champ magnétique terrestre dévie les trajectoires des particules chargées

33. «L’ombre de la Lune»

34. Le mouvement de la Lune reproduit à l’horloge astronomique de Strasbourg les 5 équations lunaires équation du centre évection variation équation annuelle réduction équation de la ligne des noeuds équation du temps