Ces dernières années, on était habitué à ce que le prix Nobel de physique soit attribué à deux, voire trois lauréats, mais cette année 2026, le mythique prix revient uniquement au physicien belge Francis Halzen, Professeur à l'université du Wisconsin à Madison (États-Unis), « pour des contributions décisives à l'observatoire de neutrinos IceCube et à la découverte de neutrinos de haute énergie d'origine astrophysique » selon les termes de l'Académie royale des sciences de Suède. Né en 1944 à Tirlemont (Belgique), il avait obtenu son doctorat en 1969 à la KU Leuven (Belgique).

Son domaine de recherche initial est celui de la physique des particules élémentaires, mais déjà en rapport avec le domaine des astroparticules et des rayons cosmiques.

Bien des étudiants en master ont appris les bases des fameux diagrammes de Feynman (utilisés pour calculer le comportement des particules élémentaires) et du Modèle standard de la physique des particules (avec les quarks, les leptons et le boson de Brout-Englert-Higgs) grâce à un livre devenu une référence en physique des particules qu'il a écrit avec Alan D. Martin et qui fut publié en 1984.

Une présentation par Francis Halzen, le prix Nobel de physique 2026de la détection des neutrinos avec IceCube, et des informations que l'on peut en tirer. 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 ». © IceCube Neutrino Observatory

Il va également se faire connaître par des travaux en astronomie des neutrinos, puisque c'est lui qui a proposé en 1988 d'utiliser la glace de l'Antarctique comme milieu de détection de base associée à des capteurs installés dans cette glace.

Sous son influence, il va en résulter la construction d'un détecteur géant avec des milliers de capteurs installés dans la glace profonde du pôle Sud dans un volume d'environ un kilomètre cube, le tout naturellement nommé IceCube, qui est devenu au fil du temps un contributeur majeur de l'astronomie neutrino.

Des projets similaires avec les mêmes capteurs contenant des photomultiplicateurs et sensibles au rayonnement Tcherenkov, mais dans les fond des mers ou d'un grand lac ont également vu le jour comme le KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) qui est un observatoire de neutrinos européen sous-marin situé au fond de la mer Méditerranée.

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

Des accélérateurs cosmiques mystérieux, un million de fois supérieurs au LHC

Rappelons que les neutrinos sont des particules initialement découvertes avec la physique des réactions nucléaires et que le Soleil en produit. Les neutrinos sont des particules avec de très faibles masses, mais surtout électriquement neutres et n'interagissant que très faiblement avec les autres particules.

Elles peuvent donc traverser de très grandes distances et des milieux matériels épais sans être absorbées ni déviées par de puissants champs magnétiques cosmiques, ce qui permet d'être sûr de leur direction de provenance sur la voûte céleste, comme l'explique Francis Halzen dans la vidéo précédente que complète celle d'Antoine Kouchner. Ce sont donc des sondes de l'Univers profond et des réactions énergétiques en physique des particules que l'on peut utiliser pour faire de l'astronomie multimessager.

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

En effet, on peut par exemple trouver sur la voûte céleste un même objet observable dans le visible, par exemple une galaxie avec un noyau actif où une kilonova et dont on peut être sûr que proviennent aussi des neutrinos, neutrinos pouvant donner des renseignements supplémentaires sur ce qu'il s'y passe. On ne peut pas faire la même chose avec des particules chargées comme des protons ou des noyaux qui ont une trajectoire qui devient très chaotique, perdant la mémoire de la localisation de leurs sources, en voyageant à travers les champs magnétiques des galaxies.

IceCube a détecté des neutrinos à des énergies jusqu'à un million de fois supérieures à celles accessibles dans les accélérateurs terrestres comme le LHC. On soupçonne qu'ils ont été produits par des accélérateurs naturels très puissants, comme les trous noirs supermassifs en mode quasar accrétant de la matière. Mais il pourrait s'agir d'objets et de phénomènes encore inconnus (cordes cosmiques ?) relevant d'une nouvelle physique.

Antoine Kouchner et Stéphane Lavignac retracent l’histoire passionnante du neutrino et nous font découvrir les grandes expériences consacrées à ce messager de l’infiniment grand et de l’infiniment petit dans un livre publié aux éditions Dunod et qu’accompagne cette vidéo de présentation. Antoine Kouchner est professeur à l’université Paris Diderot et directeur du laboratoire AstroParticule et Cosmologie. Il est également responsable scientifique de la collaboration internationale Antares qui exploite le premier télescope sous-marin à neutrinos, dont le successeur, KM3NeT, est en construction en Méditerranée. Stéphane Lavignac est physicien au CNRS et effectue ses recherches à l’Institut de physique théorique de Saclay. Ses travaux portent sur la théorie des particules élémentaires et sur les conséquences des masses des neutrinos en physique des particules et en cosmologie.© DunodVideos

Futura avait déjà consacré plusieurs articles à des travaux réalisés avec IceCube et les neutrinos cosmiques à très haute énergie.

Annonce du prix Nobel de physique 2026. © Royal Swedish Academy of Sciences