Un prix Nobel pour les neutrinos, ces messagers invisibles qui nous viennent du cosmos
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.
Le prix Nobel de physique 2026 a été attribué au physicien belge Francis Halzen pour ses travaux pionniers sur les neutrinos, des particules subatomiques parmi les plus mystérieuses de l'Univers. À 82 ans, Halzen, professeur à l'université du Wisconsin à Madison, a conçu IceCube, un détecteur géant enfoui dans la glace de l'Antarctique, capable de capter des neutrinos d'une énergie extrême. Ces particules, quasi indétectables en raison de leur interaction quasi nulle avec la matière, proviennent de phénomènes cosmiques violents comme la fusion d'étoiles à neutrons ou les trous noirs supermassifs. Le Nobel récompense ainsi une avancée majeure pour comprendre les mécanismes les plus énergétiques de l'Univers.
Les neutrinos sont des particules élémentaires électriquement neutres, ce qui les rend extrêmement difficiles à détecter, car elles traversent la matière sans presque interagir. On en distingue trois types, appelés saveurs : électronique, muonique et tauique. Ces particules oscillent entre ces saveurs lors de leur trajet, un phénomène découvert en 1998 et récompensé par le prix Nobel 2015. Leur masse est si faible qu'elle n'a jamais été mesurée directement. Malgré leur vitesse proche de celle de la lumière, leur interaction avec la matière est si rare que des milliards de neutrinos traversent notre corps chaque seconde sans que nous en ressentions les effets.
Pour repérer ces particules fantômes, Francis Halzen a imaginé un détecteur géant : IceCube, enfoui à plus de 1 000 mètres sous la glace de l'Antarctique. Lorsqu'un neutrino entre en collision avec un noyau atomique de la glace, il produit une particule chargée, comme un muon (une particule similaire à l'électron mais 207 fois plus lourde). Ce muon se déplace alors plus vite que la lumière dans la glace, générant une lumière bleutée appelée rayonnement Tcherenkov, analogue au bang d'un avion franchissant le mur du son. Des milliers de capteurs, appelés photomultiplicateurs, enregistrent cette lumière pour reconstruire la trajectoire du neutrino original.
Les neutrinos d'énergie modérée proviennent de réactions nucléaires dans le Soleil ou d'explosions de supernovae, mais ceux détectés par IceCube en 2017 possèdent une énergie colossale, mesurée en centaines de péta-électronvolts (PeV), soit près d'un milliard de milliards d'électronvolts. Pour comparaison, l'énergie maximale du collisionneur de protons du CERN est de 14 téra-électronvolts (TeV). Ces neutrinos ultra-énergétiques proviennent probablement de blazars, des quasars dont les jets de particules sont dirigés vers la Terre. Ces jets, accélérés par des trous noirs supermassifs, émettent une lumière amplifiée par effet relativiste, faisant des blazars les entités les plus lumineuses de l'Univers.
La détection des neutrinos est complétée par d'autres messagers cosmiques comme la lumière (photons) ou les ondes gravitationnelles, une approche appelée astronomie multimessager. En 2025, le détecteur sous-marin KM3NeT, déployé en Méditerranée, a confirmé les observations d'IceCube. Ce projet international, mené par la France et l'Italie, utilise un kilomètre cube d'eau de mer pour capter les neutrinos. En croisant les données de ces détecteurs avec celles des télescopes gamma, les scientifiques peuvent identifier avec précision les sources cosmiques de ces particules. Le télescope Vera-Rubin au Chili, équipé d'algorithmes d'intelligence artificielle, permet de réagir en quelques secondes à ces alertes cosmiques.
L'étude des neutrinos remonte aux années 1980, avec l'expérience japonaise Kamiokande, initialement conçue pour observer la désintégration du proton. En 1987, Kamiokande a détecté les premiers neutrinos extrasolaires issus de l'explosion de la supernova SN1987A, trois heures avant l'arrivée de la lumière. En 2002, Masatoshi Koshiba a reçu le prix Nobel pour cette avancée. Plus tard, en 1998, l'expérience Super-Kamiokande a démontré que les neutrinos oscillent entre leurs trois saveurs, prouvant qu'ils possèdent une masse non nulle, une découverte récompensée par le Nobel 2015 attribué à Takaaki Kajita et Arthur McDonald.
