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La Lune, clé dune énigme de la physique (1992 – 1995) Commission des Cadrans Solaires de la Société Astronomique de France Pierre Juillot IPHC, Strasbourg,

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1 La Lune, clé dune énigme de la physique (1992 – 1995) Commission des Cadrans Solaires de la Société Astronomique de France Pierre Juillot IPHC, Strasbourg, France Réunion dautomne, 16 octobre 2010 Cliquez pour avancer…

2 La physique des particules Le CERN

3 1989: le Cern propose le Web comme système de communication interne Ils ont bouleversé la société moderne 1970: larmée US invente lInternet (Arpanet)

4 CERN, 13 mars 1989 Tim Berners-Lee

5 Les quatre échelles de la matière (actuelles) m m m m m élémentaire

6 Un tunnel de 26,659 km de circonférence creusé jusquà ~ -120 mètres le LEP: : collisions e + e - le LHC: : collisions proton proton

7 Quatre zones dexpériences installées dans des cavernes souterraines

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

9 aimants Le tunnel du LEP chambre à vide monorail Lénergie E du LEP est connue à ΔE/E ~ ± 10 ppm (1 ppm = = un millionième)

10 ancienétait invention de Ferdinand Braun, professeur à Strasbourg de 1895 à 1918, prix Nobel de physique 1909 avec G. Marconi pour linvention de la T.S.F. = 100 GeV

11 1. accélération de paquets de matière e - et dantimatière e + 2. collision de deux paquets dans les détecteurs (dans un champ magnétique) E = mc 2 3. enregistrement des trajectoires des particules produites 4. analyse Une expérience en physique des particules

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

13 Le détecteur ALEPH auprès de laccélérateur LEP (1989) poids: 3000 tonnes Ø= 10 m

14 Un événement dans un détecteur du LEP E = ½ mc 2 + ½ mc 2 matièreantimatière

15 Des événements prometteurs…

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

17 Le LEP a connu de mystérieuses variations dénergie ΔEEΔEE ~120 ppm … longtemps inexpliquées … jusquà

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

19 1. équation du centre 3.variation 2.évection 4. équation annuelle 5. réduction déviation de lorbite théorique sous leffet 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 lorsquelle 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 laddition de 5 forces:

20 Plan de lastre perturbateur (de masse M et à 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 f Le phénomène de marée

21 F = GmM (d-r) 2 = GMm d2d2 (1 – r ) -2 d les forces de marées sont en f = GM r d3d3 g = d 3 Lune r 3 Terre m Terre ~10 -7 m Lune Sur 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 f Soleil f Lune = d 3 Lune M Soleil M Lune d 3 Soleil 0.47=

22 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 lorbite 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 cos 2 θ -1)r M d3d3 le modèle CTE rajoute 505 composantes harmoniques

23 Les effets sur le LEP à Genève écliptique pôle de lécliptique ε T = 23° 26 ε L =5°8 Lune axe de rotation terrestre à léquateur, r ± 50 cm à Genève, r ± 12.5 cm changement de la circonférence du LEP ± 0.5 mm

24 pleine Lune vers ~ ½ Lune ΔEEΔEE ~120 ppm Mesures et prédictions du modèle CTE

25 Conclusion Au cours des siècles, la Lune a été accusée dêtre la cause de nombreux aspects étranges de phénomènes naturels. Nous avons démontré leffet du cycle lunaire sur lénergie des faisceaux du CERN Cet effet permet de souligner lextraordinaire précision des expériences de physique de particules

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

27 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

28 voie SNCF voie CFF Des courants électriques vagabonds

29 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

30 Situation historique Le problème des trains électrifiés au voisinage des laboratoires de physique nest 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 délectrification des tramways (auparavant tirés par des chevaux) on constata que des courants vagabonds perturbaient les èlectromètres sensibles

31 Influence du niveau du Lac Léman jour Niveau du lac Léman (m) jour ΔEΔE fluctuation périodique de la circonférence du LEP de 2 mm le poids de leau dans le lac Léman déforme la croute terrestre dans la région

32 Effet décran 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 dune expérience LEP comme détecteur du rayonnement cosmique Collecte et analyse de événements μ cosmiques ces μ sont produits dans latmosphère et conservent la direction du proton primaire Le champ magnétique terrestre dévie les trajectoires des particules chargées La Lune peut absorber des proton en route vers le Terre

33 «Lombre de la Lune »

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


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