« Une fenêtre inédite sur le cosmos profond » : Françoise Combes décrypte la révolution du Nobel de physique 2026

Le prix Nobel de physique 2026 récompense la ténacité et la clairvoyance d'un homme, Francis Halzen, qui malgré ses doutes a permis la construction d'un gigantesque détecteur de neutrinos cosmiques dans les glaces de l'Antarctique : IceCube.

Une présentation du détecteur IceCube avec Francis Halzen, le prix Nobel de physique 2026. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En cliquant ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK ». © National Science Foundation, YouTube

Les neutrinos sont des particules de matière dépourvues de charge électrique, insensibles aux forces nucléaires fortes qui collent les protons et les neutrons dans les noyaux, mais qui peuvent interagir avec d'autres particules bien que très faiblement, de sorte qu'un neutrino pourrait traverser un bloc de plomb d'une année-lumière sans s'arrêter.

Autant dire qu'il s'agit de particules fantomatiques et donc très difficiles à prendre dans les filets des expérimentateurs. De fait, nous sommes traversés chaque seconde par des centaines de milliers de milliards de neutrinos produits par les réactions de fusion thermonucléaire faisant briller le Soleil, ou vestiges du Big Bang, sans nous en rendre compte.

Le prix Nobel de physique 2026 va à Francis Halzen qui chasse les particules fantômes des trous noirs géants !

Le prix Nobel de physique 2026 est attribué au physicien belge Francis Halzen, l'une des forces motrices derrière la construction et l’utilisation en Antarctique d’IceCube, un détecteur géant de neutrinos cosmiques, ces particules fantomatiques dont on soupçonne que certaines, à très haute énergie, sont produites aux abords des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies.... Lire la suite

L'existence des neutrinos avait été prédite au début des années 1930 par le prix Nobel de physique Wolfgang Pauli et une première théorie expliquant comment ils sont associés à des désintégrations radioactives de noyaux et à des réactions nucléaires avait été faite au cours de ces années par un autre prix Nobel de physique, Enrico Fermi.

Au cours de ces mêmes années, Robert Oppenheimer allait poser les bases de la théorie des trous noirs et, des décennies plus tard, on a commencé à comprendre qu'il devait exister non seulement des trous noirs supermassifs dans les galaxies, mais qu'ils pouvaient peut-être se comporter comme des accélérateurs de particules gigantesques, bien au-delà de la technologie humaine et capables de produire des neutrinos cosmiques avec des énergies un million de fois supérieures aux collisions de particules au LHC.

Les monopôles magnétiques, clés des futurs voyages spatiaux ?

Particules spéculatives, les monopôles magnétiques portent des charges magnétiques élémentaires, comme électrons et positrons portent des charges électriques. Leur découverte, et surtout leur capture sur Terre, révolutionneraient la physique, voire l'astronautique. Dans les glaces de l'Antarctique, le détecteur de neutrinos IceCube n'a pas été conçu pour cela, mais certains chercheurs s'en servent pour chasser d'hypothétiques monopôles venus de l'espace.... Lire la suite

Plus généralement, les neutrinos étant très pénétrants et très certainement liés à une nouvelle physique, une astronomie neutrino et ses « télescopes », combinée à celle, classique, avec des photons et depuis une décennie avec les ondes gravitationnelles, doit permettre de révéler de nouveaux secrets des arcanes de l'Univers observable, aussi bien en astrophysique, cosmologie qu'en physique fondamentale. C'est d'autant plus vrai que des détecteurs comme IceCube sont sensibles à autres choses que des neutrinos.

Bien connue des lecteurs de Futura et spécialiste de la cosmologie avec la matière noire, l'énergie noire et les galaxies, Françoise Combes a produit récemment au sujet des travaux de Françis Halzen et de l'astronomie neutrino un article dans The Conversation que nous reprenons, comme nous l'avions fait pour un précédent article.

À la recherche de l’ingrédient mystère de l’Univers, conversation avec Françoise Combes

Françoise Combes, astrophysicienne de renom, explore dans cette conversation les mystères de la matière noire, cette composante invisible mais essentielle de l’Univers. Elle revient sur les hypothèses majeures, les défis liés à leur validation et l’importance des grands télescopes internationaux pour faire avancer la recherche. Elle ne manque pas d'évoquer aussi l’impact des politiques américaines sur la science mondiale.... Lire la suite

Les réacteurs nucléaires immergés dans de l'eau produisent des particules chargées qui se déplacent plus vite que la lumière dans l'eau (mais moins vite que la lumière dans le vide) y produisant une sorte d'équivalent d'un bang supersonique, mais sous forme d'ondes lumineuses qui apparaissent bleues dans l'eau. C'est l'effet Tcherenko, très utile en astrophysique et physique des particules pour détecter des particules et les caractériser. © IAEA Office of Public Information and Communication

Françoise Combes :  Le prix Nobel de physique 2026 a été décerné au physicien belge des particules 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 Conseil européen pour la recherche nucléaire (Cern), Francis Halzen s'installe dès 1972 à l'Université du Wisconsin à Madison (États-Unis), 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. Ultrarapide, 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.

Le comportement de la matière ne cesse de nous étonner, en particulier dans des conditions extrêmes. Dans cette vidéo, le Dr Don Lincoln, du Fermilab, explique ce qui se produit lorsqu'une particule chargée traverse un matériau transparent à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce même matériau. Il en résulte l'émission d'une lumière bleue et violette, appelée rayonnement Tcherenkov. Cette vidéo vous dit tout ce qu'il faut savoir à ce sujet. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». ©

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.

Représentation d'artiste d'un tore de gaz et de poussière entourant un trou noir supermassif en rotation émettant des jets de particules, en particulier des protons « p » accélérés. Entrant en collision, ces protons produisent des mésons ∏ chargés et neutres qui se désintègrent en muons μ et neutrinos ν. Il y a aussi des photons gamma Υ. Un blazar est un quasar dont l'un des jets est orienté en direction de la Terre par hasard. © Nasa, IceCube

Lever le voile sur les ultimes secrets du cosmos

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.

C’est le neutrino le plus énergétique jamais observé. Le télescope sous-marin KM3Net, un cousin du télescope à neutrinos IceCube a détecté un neutrino... de plus de 200 péta électronvolts ! Antoine Kouchner, spécialiste des astroparticules ayant participé à la découverte, nous explique qu'une telle énergie ouvre une fenêtre sur l’Univers superviolent, celui de cataclysmes cosmiques qu'on peine encore à imaginer. C'est aussi et surtout un messager du cosmos inédit, qui amorce une nouvelle ère de l’astronomie... © Le Blob