Source: The Conversation – in French – By Françoise Combes, Astrophysicienne à l’Observatoire de Paris – PSL, Sorbonne Université
L’ESSENTIEL
– Le prix Nobel de physique 2026 a été remis à Francis Halzen pour ses travaux sur les neutrinos, les particules les plus énigmatiques et les plus furtives de la physique.
– Certains de ces neutrinos ont une énergie folle et pourtant ils traversent la planète – et chacun d’entre nous – très discrètement.
– Grâce à IceCube, un détecteur monumental caché dans la glace de l’Antarctique et pensé par Francis Halzen, nous commençons à détecter ces neutrinos d’extrêmement haute énergie, et à comprendre d’où ils viennent. Rendez-vous auprès d’une des entités les plus lumineuses de l’Univers.
Le prix Nobel de physique 2026 a été décerné au physicien des particules belge Francis Halzen, créateur et responsable du projet IceCube, le plus grand télescope à neutrinos de la planète, implanté au cœur des glaces du pôle Sud. Après ses études et son doctorat à l’université de Louvain, suivis d’un passage de deux ans au CERN, Francis Halzen s’installe dès 1972 à l’université du Wisconsin à Madison, où il dirige aujourd’hui l’institut de physique des particules.
À 82 ans, le chercheur voit ainsi consacrée son intuition pionnière : avoir conçu cet immense détecteur antarctique capable de capturer les tout premiers neutrinos de très haute énergie, issus des phénomènes les plus violents de l’Univers lointain. La détection de ces particules ouvre une fenêtre inédite sur le cosmos profond, éclairant d’un jour nouveau des mécanismes encore mystérieux comme la fusion d’étoiles à neutrons ou la formation des trous noirs supermassifs.
Le neutrino demeure l’une des entités les plus énigmatiques de la physique. Sa masse est si infime qu’elle n’a encore jamais pu être mesurée directement. On sait en revanche qu’il se décline en trois types ou « saveurs », pour utiliser le terme consacré (électronique, muonique et tauique) capables d’osciller de l’une à l’autre au cours de leur trajet. D’une insaisissable furtivité, ces particules traversent la matière quasi sans interagir : la Terre entière ne constitue pas pour elles un obstacle. Dès les années 1980, Francis Halzen pressent pourtant qu’un immense volume de glace naturelle pourrait servir à tracer leur passage.
Comment détecter l’invisible ?
Bien qu’ils fendent l’espace presque à la vitesse de la lumière dans le vide, les neutrinos ralentissent lorsqu’ils pénètrent un milieu dense comme l’eau ou la glace, dont l’indice de réfraction n est supérieur à 1. La vitesse de la lumière y est alors divisée par n. Lors de la rarissime collision d’un neutrino avec un noyau atomique, ce choc engendre une particule chargée, un électron ou un muon (particule élémentaire qui possède une charge électrique et des propriétés semblables à celles de l’électron, mais avec une masse 207 fois plus grande). Le muon, plus massif, est plus facile à détecter. Ultra-rapide, cette nouvelle particule se déplace alors plus vite que la lumière dans ce milieu, provoquant une onde de choc lumineuse analogue au « bang » d’un avion franchissant le mur du son. Flash bleuâtre caractéristique, cette lumière est enregistrée par des milliers de photomultiplicateurs immergés en grille dans les profondeurs de la glace, permettant de reconstituer avec précision la trajectoire du neutrino original.
L’idée d’écouter ces murmures cosmiques s’inscrit dans une longue filiation. Dans les années 1980, alors que Francis Halzen ébauchait son projet, les chercheurs japonais mettaient en service l’expérience Kamiokande (Kamioka Nucleon Decay Experiment). Initialement conçu pour observer la désintégration, jamais constatée, du proton, l’instrument fut reconverti sous la direction de Masatoshi Koshiba en un télescope à neutrinos hors pair. Cette avancée vaudra à Koshiba le prix Nobel en 2002, avec Raymond Davis et Riccardo Giacconi. En 1987, l’explosion de la supernova SN1987A dans le Grand Nuage de Magellan en offrit la démonstration éclatante : Kamiokande enregistra la première bouffée de neutrinos extrasolaires de l’histoire, arrivée trois heures avant le signal lumineux.
Plus tard, grâce à l’instrument Super-Kamiokande, Takaaki Kajita et Arthur McDonald démontrèrent en 1998 le phénomène d’oscillation des neutrinos, prouvant de fait que ces particules possèdent une masse non nulle, une découverte couronnée par le Nobel 2015.
Toutefois, la question de l’origine des neutrinos d’énergie extrême demeurait entière. Si les réactions nucléaires au cœur du Soleil ou les explosions de supernovae génèrent des neutrinos, leur énergie reste modeste. En 2017, IceCube repère des neutrinos atteignant des énergies colossales, mesurées en plusieurs centaines de péta-électronvolts (PeV), soit près d’un milliard de milliards d’eV. Par comparaison, l’énergie de masse (mc2) du proton est de 1 GeV, et l’énergie maximale du collisionneur de protons du CERN est de 14 TeV. Quelle forge cosmique peut libérer une telle puissance ?
La réponse est venue des quasars (les entités les plus lumineuses de l’Univers), et plus particulièrement des blazars. Au centre de certaines galaxies lointaines, des trous noirs supermassifs accrètent de la matière. Une partie de cette matière tourbillonnante est expulsée le long de l’axe de rotation sous forme de jets relativistes, où les particules sont lancées à une vitesse proche de celle de la lumière. Une particule qui voyage à de telles vitesses émet de la lumière fortement amplifiée, de plusieurs ordres de grandeur, dans sa direction de propagation. Lorsque l’un de ces jets se trouve pointé exactement dans l’axe de la Terre, la source prend le nom de blazar. Son rayonnement de photons gamma, protons, et neutrinos, se trouve alors prodigieusement amplifié par effet relativiste.
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L’observatoire IceCube, constitué d’un kilomètre cube de glace zébré de 86 lignes de détecteurs enfouis à plus de 1 000 mètres de profondeur, a pu identifier ces monstres cosmiques en croisant ses détections de neutrinos avec les observations de rayons gamma. Plus récemment, en 2025, le détecteur sous-marin KM3NeT a confirmé ces mesures exceptionnelles. KM3NeT est constitué d’un kilomètre cube d’eau de mer déployé en Méditerranée. C’est un projet en train de compléter sa construction, par une collaboration internationale de 21 pays, menée par la France et l’Italie,
L’observation conjointe d’un rayonnement gamma et la détection de neutrinos de très haute énergie au même moment et dans la même direction renforcent l’hypothèse des blazars comme sources de ces neutrinos. C’est là tout l’intérêt des observations conjointes.
Cette synergie marque l’avènement de l’astronomie multimessager, qui croise la lumière (photons), les neutrinos et les ondes gravitationnelles pour scruter les événements les plus violents de l’Univers. Aujourd’hui, épaulés par le télescope géant Vera-Rubin au Chili, dont les algorithmes d’intelligence artificielle trient chaque nuit des millions d’alertes cosmiques (astéroïdes, supernovae, quasars, etc.) les astronomes peuvent pointer leurs instruments dans la bonne direction en quelques secondes et lever le voile sur les ultimes secrets du cosmos.
Françoise Combes ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.
– ref. Un prix Nobel pour les neutrinos, ces messagers invisibles qui nous viennent du cosmos – https://theconversation.com/un-prix-nobel-pour-les-neutrinos-ces-messagers-invisibles-qui-nous-viennent-du-cosmos-293986