Nobel de physique 2026 : tout savoir sur le neutrino, cette particule cosmique qui lève un peu plus le voile sur les mystères de l’Univers

 

Le laboratoire IceCube, à la station Amundsen-Scott du pôle Sud, en Antarctique.
© Courtesy Martin Wolf, IceCube/NSF/Handout via REUTERS

En récompensant Francis Halzen, le Nobel de physique 2026 consacre une nouvelle manière d’observer le cosmos. Depuis quinze ans, un gigantesque détecteur enfoui sous les glaces observe les neutrinos, des particules qui révèlent quelques-uns des phénomènes les plus violents de l’Univers.

Pour observer les profondeurs de l’Univers, Francis Halzen a choisi de regarder sous la glace de l’Antarctique. C’est ici que ce physicien belge a imaginé transformer un kilomètre cube de glace en télescope. Une idée pour le moins audacieuse qui lui vaut aujourd’hui le prix Nobel de physique 2026, décerné pour ses « contributions décisives à l’observatoire de neutrinos IceCube et à la découverte de neutrinos de haute énergie d’origine astrophysique », selon le comité Nobel.
Depuis des siècles, les astronomes observent l’Univers grâce à la lumière des astres, visible ou invisible à nos yeux. Le détecteur IceCube leur permet désormais d’utiliser un autre messager cosmique, le neutrino, une particule presque insaisissable.
Chaque seconde, des milliards de neutrinos traversent notre corps sans que nous en ayons conscience. Dotées d’une masse extrêmement faible et dépourvues de charge électrique, ces particules élémentaires interagissent si rarement avec la matière qu’elles peuvent traverser la Terre presque sans encombre.
C’est justement cette discrétion qui fait tout leur intérêt. Car, contrairement aux particules chargées, déviées par les champs magnétiques, les neutrinos voyagent pratiquement en ligne droite et ils peuvent même s’échapper de régions où la lumière ne passe pas. Mais encore faut-il parvenir à les détecter !

Des capteurs à plus de 2 km de profondeurs
C’est ainsi qu’en 1988 Francis Halzen imagine utiliser la glace du pôle Sud pour repérer les infimes éclairs lumineux produits lorsqu’un neutrino interagit exceptionnellement avec la matière.
Achevé vingt-deux ans plus tard, fin 2010, IceCube rassemble 5 160 capteurs optiques installés entre 1 500 et 2 500 mètres de profondeur. Un gigantesque télescope souterrain dont les yeux scrutent la glace plutôt que le ciel. Et c’est en 2013 qu’une première découverte majeure survient.
Parmi les données recueillies durant deux ans, les chercheurs identifient 28 événements de très haute énergie que les seules sources atmosphériques ne peuvent expliquer. Ils disposent désormais d’une preuve solide de l’existence de neutrinos venus de l’extérieur du Système solaire.
« C’est une immense joie d’enfin pouvoir annoncer cette découverte, après des années de recherche. Celle-ci marque incontestablement le début d’une nouvelle ère de l’astronomie », déclarait alors Francis Halzen.
Mais d’où proviennent ces mystérieuses particules ? En 2017, IceCube détecte un neutrino provenant de la direction d’une galaxie située à quatre milliards d’années-lumière. Au centre de celle-ci, un trou noir supermassif projette de puissants jets de particules, dont l’un est orienté vers la Terre.
Cette observation fournit un premier indice sur l’origine de ces mystérieux messagers cosmiques. En 2022, IceCube apporte de nouvelles preuves en faveur d’une émission de neutrinos provenant cette fois de NGC 1068, une galaxie située à quelque 47 millions d’années-lumière. Là encore, les chercheurs soupçonnent l’environnement d’un trou noir supermassif d’être à l’origine de ces particules.

Derrière le Nobel, des centaines de chercheurs
Puis, en 2023, l’observatoire dévoile une première carte de notre propre galaxie réalisée grâce aux neutrinos. Certes, l’image de la Voie lactée reste bien moins précise que celles obtenues par les télescopes traditionnels, mais elle démontre que notre galaxie produit elle aussi des neutrinos de haute énergie.
Plus récemment, les analyses de plusieurs années de données ont renforcé l’hypothèse selon laquelle d’autres galaxies actives, notamment celles émettant des rayons X, pourraient contribuer à cette population de particules cosmiques. L’origine d’une grande partie d’entre elles reste toutefois à élucider.
En croisant les informations apportées par la lumière, les neutrinos et les ondes gravitationnelles, les astrophysiciens espèrent reconstituer les mécanismes à l’œuvre dans les environnements les plus extrêmes de l’Univers. Le Nobel vient ainsi consacrer près de quarante années d’une aventure scientifique profondément collective.
Car derrière Francis Halzen se trouvent des centaines de chercheurs, d’ingénieurs et de techniciens venus du monde entier. Et l’aventure va se poursuivre car de nouveaux détecteurs (voir l’encadré) doivent permettre d’observer des neutrinos encore plus énergétiques et de retrouver leurs sources. Car si IceCube a ouvert une nouvelle fenêtre sur l’Univers, les astronomes commencent à peine à découvrir ce qui se cache derrière.

Jérémie Bazart
L'Humanité du 23 octobre 26

Le point de vue de…
Kumiko Kotera, astrophysicienne, chercheuse au CNRS à l’Institut d’astrophysique de Paris, sur les phénomènes cosmiques de très haute énergie.

Quel chercheur est Francis Halzen et comment a-t-il réussi à transformer une idée aussi audacieuse ?
J’ai été très émue à l’annonce de ce prix. Francis incarne pour moi le modèle du scientifique brillant et généreux. Il est un puits de connaissances, curieux, créatif, d’une grande humilité, toujours accessible, et aussi téméraire. Avec cette combinaison de qualités, il a su embarquer une collection de personnes tout aussi aventurières que lui, avec des technicités diverses et complémentaires. Francis Halzen possède une intuition scientifique et humaine redoutable et je crois que c’est ce talent qui permet le succès de projets d’une telle envergure.

Depuis la première découverte réalisée par IceCube en 2013, qu’avons-nous véritablement appris sur les phénomènes les plus violents de l’Univers ?
Les neutrinos révèlent des phénomènes physiques invisibles à la lumière, car ils traversent les zones les plus denses des astres sans être bloqués. Avec la détection de centaines de neutrinos, IceCube a démontré que les trous noirs supermassifs, au centre de certaines galaxies actives, agissent comme de gigantesques accélérateurs de particules. La première carte en neutrinos de la Voie lactée confirme que notre propre galaxie est le siège permanent d’interactions de rayons cosmiques énergétiques, noyaux atomiques pères de ces neutrinos. Cette prouesse initie l’ère de l’astronomie multi-messagers, celle qui permet d’étudier directement le cœur des moteurs les plus énergétiques de l’Univers avec un autre messager que la lumière.

Vous êtes fondatrice des projets Grand et Heron, qui cherchent à détecter des neutrinos d’énergies encore supérieures. Que pourrons-nous apprendre de ces futurs instruments que nous ignorons encore aujourd’hui ?
Avec Grand en Chine et Heron en Argentine, nous cherchons à détecter des neutrinos 100 à 1 000 fois plus énergétiques que ceux observés par IceCube. Nous ouvrirons ainsi une fenêtre sur l’Univers le plus extrême, et sonderons les mécanismes physiques dans les sources les plus violentes comme les sursauts gamma. Ces neutrinos nous donneront aussi une réponse directe à la question séculaire de l’origine des rayons cosmiques de ultra-haute énergie, leurs particules mères, qui pleuvent sur Terre. Heron est conçu comme un véritable télescope capable de pointer dans le ciel, suivre des sources, et indiquer la direction d’arrivée de neutrinos avec une précision inégalée, dix fois meilleure que IceCube : de quoi lancer l’astronomie neutrinos et multi-messagers à ultra-haute énergie.