Francis Halzen, physicien à l’Université du Wisconsin-Madison, a remporté le prix Nobel de physique 2026 pour « ses contributions déterminantes à l’observatoire de neutrinos IceCube et la découverte de neutrinos de haute énergie d’origine astrophysique ». Halzen est considéré comme l’un des principaux artisans du développement et de la construction de l’observatoire en Antarctique, ce qui a permis de détecter des particules rares arrivant sur Terre depuis des régions lointaines de l’Univers.
Lors d’une conférence de presse à Stockholm, Halzen a déclaré avoir été surpris par le prix, soulignant que cette réussite était le fruit d’une vaste collaboration et non d’un travail individuel. Le projet IceCube réunit des centaines de scientifiques, d’ingénieurs et de collaborateurs, tandis que la physicienne des particules Danielle Norsini a décrit Halzen comme la force motrice et la vision scientifique derrière l’expérience qui a ouvert un nouveau domaine : l’astronomie des neutrinos.
Pourquoi est-il difficile de détecter les neutrinos ?
Les neutrinos sont des particules qui interagissent à peine avec la matière, ne portent aucune charge électrique et possèdent une masse infime. Ainsi, d’immenses quantités d’entre eux traversent constamment nos corps sans laisser de trace perceptible. Cette propriété les rend difficiles à détecter, mais leur confère une grande valeur astronomique : ils peuvent parcourir de longues distances cosmiques sans subir de changements importants, en transportant des informations sur leurs sources.
Contrairement à la lumière, les neutrinos peuvent s’échapper d’environnements extrêmement denses ou violents, ce qui en fait un complément aux observations électromagnétiques et aux ondes gravitationnelles dans le cadre de ce que l’on appelle l’astronomie multimessager. Ce résultat intervient après des décennies de recherches sur les neutrinos, notamment la découverte de leurs trois types et la démonstration de leur capacité à passer d’un type à un autre.
Comment fonctionne IceCube ?
Halzen a proposé en 1988 de construire un observatoire en Antarctique utilisant la glace naturelle comme milieu de détection. Après l’expérience de l’observatoire AMANDA, des foreuses fonctionnant à l’eau chaude ont été utilisées pour créer des trous profonds de plusieurs kilomètres, dans lesquels ont été introduits des câbles portant des capteurs optiques.
IceCube couvre un volume d’environ un kilomètre cube de glace et comprend 5 160 capteurs optiques répartis sur 86 câbles. Lorsqu’un neutrino entre en collision avec le noyau d’un atome dans la glace, des particules chargées produisent des photons ultraviolets et bleus, captés par les détecteurs afin de déterminer la trajectoire et l’énergie de l’événement. L’observatoire utilise également la Terre elle-même comme écran : certains neutrinos la traversent avant d’atteindre le détecteur, ce qui aide à les distinguer des sources de bruit de fond.
Qu’a révélé l’observatoire ?
IceCube a commencé à fonctionner en 2011 et a découvert en deux ans des indices de neutrinos provenant de l’extérieur de l’atmosphère terrestre. En 2014, il a détecté trois neutrinos aux énergies sans précédent, baptisés Bert, Ernie et Big Bird. En 2017, les chercheurs ont réussi à associer un neutrino de haute énergie à une galaxie lointaine, TXS 0506+056, tandis qu’une étude publiée en 2022 a indiqué que la galaxie Messier 77 pourrait être une source importante de ces neutrinos, sur la base d’une augmentation notable comprenant 79 neutrinos.
Une mise à niveau majeure de l’observatoire a été achevée en février : elle a ajouté cinq nouvelles chaînes de capteurs à la partie centrale inférieure de la matrice, ainsi que 600 capteurs et un instrument d’étalonnage supplémentaire. La National Science Foundation des États-Unis s’est également engagée à fournir 53 millions de dollars au cours des cinq années suivantes afin d’en maintenir le fonctionnement.
Qu’est-ce qui change concrètement ?
Le prix ne signifie pas qu’une nouvelle physique située au-delà du modèle standard a été découverte à ce jour ; Halzen a déclaré que les résultats actuels restent compatibles avec la physique connue des neutrinos. Mais IceCube a démontré que la glace polaire pouvait être transformée en un télescope d’un kilomètre de diamètre et a fourni un moyen pratique d’observer les « accélérateurs cosmiques » et les sources de rayons cosmiques. Les questions ouvertes restent liées à l’identification des sources de ces particules et à la compréhension des mécanismes qui les accélèrent, des questions auxquelles les mises à niveau continues de l’observatoire pourraient contribuer, sans que la source ait encore apporté de réponses définitives.