Et un Nobel de plus pour une découverte liée à l’astrophysique ! Après Roger Penrose, Reinhard Genzel et Andrea Ghez en 2020 pour leurs travaux sur les trous noirs, Michel Mayor et Didier Queloz pour leur découverte de la première exoplanète (2019) et, la même année, James Peebles pour ses travaux fondateurs en cosmologie, c’est au Belge Francis Halzen que revient le prix de Physique cette année.

Le rêve d’un observatoire dans la glace

Le chercheur de l’université du Wisconsin à Madison est récompensé pour son rôle fondateur dans la conception de l’observatoire de neutrinos de haute énergie IceCube, installé en Antarctique. En 1988, il avait été le premier à proposer d’utiliser le socle de glace du Pôle Sud comme détecteur pour ces particules extrêmement furtives.

« Francis Halzen a eu un rêve et il en a fait une prouesse technologique, en entraînant avec lui des centaines de personnes. Pour l’astrophysique, pour l’étude de l’univers violent, c’est un très beau prix Nobel » réagit l’astrophysicienne Kumiko Kotera (directrice de l’Institut d’astrophysique de Paris). « Je suis aussi vraiment émue, à titre personnel, car Francis Halzen a toujours été mon héros ! Je me souviendrai toujours de notre première rencontre, alors que j’étais post-doc à l’université de Wisconsin. Il s’était montré très généreux, très encourageant » poursuit l’autrice de L’Univers violent, prix du livre Ciel & Espace 2026 (elle consacre d’ailleurs un chapitre à cette rencontre).

Des particules insaisissables

Les neutrinos sont produits à l’occasion d’événements très énergétiques, impliquant les noyaux mêmes des atomes (par exemple, la fission nucléaire de nos centrales atomiques ou la fusion nucléaire au cœur du Soleil). Dans l’univers, des neutrinos plus énergétiques jaillissent à l’occasion d’explosions d’étoiles en supernovae ou, sans doute, depuis le noyau des galaxies actives.

Bien qu’ils soient produits en grande quantité, ils sont extrêmement difficiles à détecter car ils sont neutres et interagissent faiblement avec la matière. Par ailleurs, plus ils sont énergétiques et moins ils sont nombreux. Il faut donc un grand instrument pour espérer les voir. Encore ne les voit-on pas directement : ce que l'on observe lorsqu'on détecte un neutrino, c'est la faible lumière émise par les particules rapides qui sont produites lorsque le neutrino frappe un noyau d'atome !

D’où l’idée, chez Francis Halzen, de construire l’observatoire IceCube : avec son kilomètre de côté et son kilomètre de profondeur, cet instrument géant est un vaste cube constitué de plusieurs milliers de détecteurs enfoncés dans la glace entre 1500 et 2500 m sous la surface. La transparence de la glace permet la détection de la lumière produite par les collisions, et la taille de l’instrument assure que, statistiquement, quelques neutrinos soient vus parmi les myriades qui le traversent sans réagir.

En 2013, soit deux ans après la mise en service d’IceCube, les premiers neutrinos de haute énergie étaient détectés grâce à cette stratégie, ouvrant une nouvelle fenêtre sur l’univers violent. « Aujourd’hui, nous ne sommes toujours pas sûrs de l’origine des neutrinos les plus énergétiques. Il y a certaines indications qu’ils pourraient provenir des blazars mais elles sont fragiles et surtout très rares ! » explique Kumiko Kotera. La fenêtre n’est donc pas prête de se refermer.

Francis Halzen est âgé de 82 ans. Il remporte 12 millions de couronnes suédoises (soit environ un million d’euros).