la lune, clé dune énigme de la physique (1992 – 1995) commission des cadrans solaires de la...
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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
Cliquez pour avancer…
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
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