Le prix Nobel de physique 2026 : découverte de « messagers fantomatiques » venus du cosmos

Le prix Nobel de physique 2026 a été décerné au chercheur américain Francis Halzen pour sa découverte des neutrinos, particules de haute énergie provenant de l’espace.

Le comité Nobel a déclaré que Halzen avait apporté des « contributions décisives » à la découverte des « neutrinos d’origine astrophysique » grâce à IceCube, une expérience installée sous la glace au pôle Sud.

Ellen Moons, secrétaire générale de l’Académie royale des sciences de Suède, a qualifié ces neutrinos de « messagers fantomatiques ». Cette expression fait référence au fait que ces particules sont quasiment sans masse et traversent la matière solide sans presque aucune interaction. En réalité, des milliards de neutrinos traversent le corps de chaque personne sur Terre chaque seconde.

La plupart de ces neutrinos sont émis par le Soleil. Cependant, des neutrinos de haute énergie provenant d’autres régions du cosmos atteignent également notre planète. Ces neutrinos sont environ un milliard de fois plus rares que ceux émis par le Soleil.

Elles proviennent de sources diverses , telles que les trous noirs situés au cœur de galaxies lointaines qui accélèrent les particules à des énergies extrêmes.

L’idée de l’expérience IceCube était d’utiliser la glace du pôle Sud comme milieu naturel transparent pour capter les faibles émissions de ces particules de haute énergie. L’expérience comprend des milliers de capteurs installés sous la surface gelée de l’Antarctique, répartis sur un kilomètre cube.

Commentant l’importance des travaux de Halzen, Mark Pearce, président du comité Nobel de physique, a déclaré : « Le neutrino possède des propriétés si particulières : le fait qu’il interagisse si rarement avec la matière – et dans ce cas précis, qu’il nous permette d’obtenir des informations sur des sources cosmiques lointaines que nous ne pouvons acquérir par d’autres moyens. »

La plupart de nos connaissances sur l’Univers proviennent de la lumière. Mais certains de ses environnements les plus extrêmes peuvent totalement dissimuler leurs secrets à la lumière. Les neutrinos de haute énergie nous offrent une autre façon de les observer.

Halzen, chercheur à l’Université du Wisconsin-Madison, a contribué à faire de ces particules insaisissables un nouvel outil pour l’astronomie . Les neutrinos interagissent si faiblement avec la matière qu’ils peuvent traverser les étoiles, les galaxies et même des planètes entières presque sans être perturbés. Cela les rend extrêmement difficiles à détecter, mais aussi des messagers cosmiques d’une valeur inestimable.

Le problème, c’est que les neutrinos de haute énergie provenant d’objets situés au-delà de notre système solaire sont extrêmement rares. Pour en détecter suffisamment, les physiciens ont besoin d’un détecteur de taille gigantesque, de l’ordre du kilomètre cube.

En 1988, Halzen proposa une solution remarquablement audacieuse : utiliser la glace antarctique elle-même.

Lire la suite : Je suis un physicien ayant participé à la recherche des neutrinos, récompensée par le prix Nobel – voici comment un kilomètre cube de glace antarctique est devenu un télescope pour les particules fantômes de l’espace.

Détecteur naturel

Sous le pôle Sud, la glace est d’une clarté exceptionnelle. Les scientifiques y forent d’étroits puits et y descendent de longs réseaux de capteurs lumineux à plus d’un kilomètre de profondeur. Une fois les puits regelés, les capteurs se retrouvent intégrés à un immense détecteur naturel.

La plupart des neutrinos traversent la Terre et IceCube sans laisser de trace. Cependant, il arrive parfois qu’un neutrino entre en collision avec de la matière présente dans ou à proximité de la glace et produise une particule chargée, comme un muon.

Ce muon peut se déplacer dans la glace plus rapidement que la lumière, produisant un faible cône de lumière bleue appelé rayonnement Tcherenkov . Cela ne signifie pas qu’il se déplace plus vite que la vitesse limite universelle : la lumière se propage plus lentement dans la glace que dans le vide.

En mesurant le rythme et la configuration de cette lumière à travers de nombreux capteurs enterrés, IceCube peut reconstituer la trajectoire du muon et en déduire la direction d’où provenait le neutrino initial.

En effet, le muon laisse une traînée lumineuse à travers la glace, ce qui permet aux scientifiques de remonter jusqu’à la source du neutrino dans le ciel.

En 2013, IceCube a rapporté les premières preuves solides de l’existence d’une population de neutrinos de très haute énergie provenant de l’extérieur de notre système solaire .

Il s’agissait d’une avancée majeure car les neutrinos se comportent très différemment des autres particules qui nous parviennent de l’espace. Les rayons cosmiques, par exemple, sont chargés électriquement. Les champs magnétiques courbent leur trajectoire lorsqu’ils traversent l’univers, si bien qu’à leur arrivée sur Terre, il peut être extrêmement difficile de déterminer leur origine.

Les neutrinos sont électriquement neutres. Ils se déplacent dans l’espace en ligne quasi rectiligne, ce qui permet de déterminer leur direction d’arrivée et de remonter à leur source. Ils peuvent également s’échapper de milieux denses où la lumière risque d’être absorbée ou diffusée avant de pouvoir s’en échapper.

Cela ouvre une nouvelle fenêtre sur certains des endroits les plus violents de l’univers, notamment les environs des trous noirs supermassifs et autres puissants accélérateurs de particules cosmiques.

Cette découverte a également permis d’établir ce que nous appelons aujourd’hui l’astronomie multi-messagers : construire une image plus complète de l’univers en combinant différents signaux cosmiques, notamment la lumière, les ondes gravitationnelles, les rayons cosmiques et les neutrinos.

Chacune véhicule une information différente.

Un rebondissement dans l’histoire

Les neutrinos sont souvent récompensés par le prix Nobel. Au cours des dernières décennies, ce prix a distingué leur détection , la découverte de différents types de neutrinos , la détection des neutrinos cosmiques et la découverte de leur oscillation , et donc de leur masse.

Les travaux d’Halzen ajoutent un chapitre supplémentaire : leur utilisation non seulement comme particules à étudier, mais aussi comme messagers pour faire de l’astronomie.

Comme les neutrinos peuvent parcourir d’énormes distances et traverser la matière presque sans être perturbés, les scientifiques ont même spéculé sur la possibilité qu’ils puissent un jour être utilisés pour communiquer à travers les distances interstellaires.

Cela reste purement hypothétique : IceCube détecte des neutrinos produits par des processus astrophysiques naturels, et non des messages provenant de civilisations extraterrestres.

Il y a une belle ironie dans cette histoire. Les neutrinos sont utiles précisément parce qu’ils sont si difficiles à capturer. Leur réticence à interagir avec la matière leur permet de traverser d’immenses distances cosmiques quasiment inchangés.

Et le détecteur qui a rendu possible cette nouvelle astronomie n’avait pas besoin de contenir un kilomètre cube de matériau artificiel. L’intuition d’Halzen fut de comprendre que la nature en avait déjà fourni un sous le pôle Sud.

Ces « particules fantômes » sont donc devenues un moyen remarquable de sonder certaines des parties les plus énergétiques – et autrement cachées – de l’univers.

Noelia Noël

Maître de conférences, École de mathématiques et de physique, Université de Surrey