Résumé :
Le prix Nobel de physique 2026 annoncé ! Francis Halzen, physicien théoricien d'origine belge et professeur à l'Université du Wisconsin-Madison, détient à lui seul l'intégralité du trophée du prix Nobel. La raison de cette récompense était en reconnaissance de sa « contribution décisive à l'observatoire de neutrinos IceCube et à la découverte de neutrinos de haute énergie provenant de sources astrophysiques ». Les 12 millions de couronnes suédoises en argent lui appartiennent !
Les physiciens chinois Xue Qikun et Ye Jun, qui avaient remporté deux prix Nobel avant le match, n'ont pas réussi à gagner cette fois.
Ce prix est entièrement décerné à un physicien théoricien qui était autrefois considéré comme un « fou » par tout le monde.
La dernière fois que le prix de physique a été attribué à une seule personne, c'était en 1992. Il y avait un écart de 34 ans.
Parce qu'il y a 38 ans, il a proposé une idée folle et incroyable :
Allez au pôle Sud, l'endroit le plus froid et le plus désespéré de la planète, et percez un kilomètre cube entier de glacier vieux de dix mille ans, le transformant en un super télescope qui capture des particules mystérieuses au plus profond de l'univers !
Il a ensuite rappelé cet incident passé et a déclaré très franchement : "Je suppose que d'autres ont dû penser à la même idée et ont ensuite abandonné. Si je ne connaissais rien des propriétés optiques de la glace naturelle à l'époque, j'abandonnerais probablement aussi."
Aujourd'hui, cette idée a non seulement changé la dimension de l'observation humaine de l'univers, mais a finalement atteint la plus haute gloire de la physique.
Avec ce « glaçon » enfoui profondément sous la glace, l'humanité a confirmé pour la première fois :
Il existe des neutrinos à haute énergie volant de loin en dehors du système solaire !
Ce qui est encore plus intéressant, c'est qu'il y a deux ans, le prix Nobel de physique a été décerné à Hopfield et Hinton, qui ont jeté les bases de l'apprentissage automatique.
Et l'une des découvertes les plus marquantes de ce télescope sous la glace, l'image des neutrinos de notre Voie lactée, a été extraite de données massives grâce à l'apprentissage automatique.
Le "fantôme" dans l'univers : les neutrinos
Tout d’abord, nous devons d’abord connaître le protagoniste d’aujourd’hui : le neutrino.
Illustration officielle du prix Nobel : des neutrinos volant en ligne droite et pénétrant dans les glaces de l'Antarctique
Il n'a pas de charge électrique, a une masse presque nulle et n'interagit pratiquement avec aucune matière. Connu sous le nom de « fantôme cosmique ». En ce moment, environ 65 milliards de neutrinos solaires traversent vos ongles.
Pourquoi les scientifiques doivent-ils le rechercher ? Parce que les neutrinos sont les « messagers » les plus parfaits de l’univers.
Contrairement à la lumière et aux rayons cosmiques, il n'est pas affecté par les champs magnétiques et se déplace en ligne absolument droite ; en même temps, il a un pouvoir de pénétration extrêmement puissant et ne sera bloqué par aucun nuage de poussière ou rayonnement.
Même au bord d'un trou noir supermassif au plus profond de l'univers, tant que des neutrinos de haute énergie sont produits, ils peuvent voler en ligne droite sur des centaines de millions d'années-lumière, « exprimant » à la Terre des informations originales sur les événements extrêmes de l'univers.
Si les humains peuvent capturer ces neutrinos de haute énergie, cela équivaudra à avoir une paire d'« yeux transparents » capables de voir à travers l'univers, permettant aux humains d'effectuer des « tomodensitogrammes » de l'univers.
Les rayons cosmiques sont déviés par le champ magnétique, les rayons gamma sont bloqués par la poussière et les neutrinos volent vers la Terre en ligne droite
Une idée extrêmement folle : aller en Antarctique pour couper de la glace !
Le problème, c'est que c'est très difficile à attraper.
La grande majorité des neutrinos traversent directement le détecteur. Si le nombre de neutrinos est suffisamment grand et que la cible (milieu de détection) que nous préparons est suffisamment épaisse et suffisamment nombreuse, il y aura toujours quelques neutrinos qui « frapperont » le noyau cible.
Pour avoir suffisamment de collisions comme celle-ci, il faudrait que le détecteur soit ridiculement grand.
Lorsque des neutrinos de haute énergie entrent violemment en collision dans un milieu, des particules chargées (telles que des muons) sont produites.
La vitesse de ces particules chargées voyageant à travers le milieu dépassera la vitesse de propagation de la lumière dans le milieu, produisant ainsi un phénomène optique similaire à un « boom sonique » - le rayonnement Tchérenkov, qui émet une faible lumière bleue.
Tant que nous plaçons suffisamment de capteurs optiques sensibles dans un environnement extrêmement sombre pour capturer ces lumières bleues, nous pouvons en déduire la direction dans laquelle volent les neutrinos.
Au début, les scientifiques voulaient utiliser l'eau de mer comme milieu. Mais la bioluminescence des fonds marins (comme les méduses) et les matières radioactives naturelles peuvent produire beaucoup de bruit.
À ce moment-là, Francis Halzen est apparu.
Francis Halzen, 82 ans cette année
Dans les années 1980, alors qu'il étudiait les rayons cosmiques, il a appris que des scientifiques soviétiques envisageaient d'utiliser des récepteurs radio pour capter les signaux de neutrinos en Antarctique.
Une merveilleuse inspiration a soudainement surgi dans l’esprit de Halzen : pourquoi allons-nous à la mer ? Pourquoi ne pas simplement utiliser la glace de l'Antarctique ?
La calotte glaciaire de l'Antarctique présente des avantages uniques :
Assez grand
: Il existe une infinité de couches de glace naturelle, qui répondent pleinement aux besoins de la construction de super détecteurs.Assez sombre et assez pur
: Il y a une obscurité absolue au fond de la glace, sans créatures lumineuses et sans interférence de courants océaniques complexes.Stabilité absolue de l'état solide
: Gelez les capteurs dans la glace et ils resteront absolument immobiles pour toujours, ce qui est crucial pour calculer avec précision les trajectoires des particules.En 1988, Halzen et son collègue John G. Learned ont formellement proposé l'idée de construire un observatoire de neutrinos sous la glace de l'Antarctique.
Au début, l’idée ressemblait à de la science-fiction. Mais Harzen a fait pression partout et a finalement rassemblé une équipe et a commencé les années d'« entrepreneur polaire » les plus dures de l'histoire de l'humanité.
Un kilomètre cube de "Ice Cube" et une ampoule de feu de recul
Construire un observatoire en Antarctique n'est en aucun cas aussi simple que d'installer une tente.
En 1993, l'équipe de Halzen a lancé une tentative préliminaire en Antarctique (projet AMANDA).
Au début, ils ont rencontré d'énormes revers : la glace peu profonde était remplie de bulles et la lumière ne pouvait pas du tout se transmettre. Mais ils n’ont pas abandonné et les glaciologues ont souligné que plus ils creusaient profondément, plus la pression intense pressait les bulles dans le réseau cristallin de la glace.
Effectivement, lorsqu'ils ont foré en dessous de 1 400 mètres, un miracle s'est produit : la glace ici était extrêmement pure et transparente. Le flash bleu produit par la collision de neutrinos peut pénétrer des centaines de mètres de glace sans aucune entrave !
Avec le soutien de la National Science Foundation (NSF), la construction d'IceCube a été officiellement lancée en 2004. C'est une merveille d'ingénierie.
Les ingénieurs ont utilisé des foreuses à eau chaude à haute pression pour faire fondre des puits verticaux de plus de deux kilomètres de profondeur dans la calotte glaciaire extrêmement froide de l'Antarctique.
Chaque fois qu'un puits est foré, ils doivent faire une course contre la montre pour enfoncer un câble extra-long rempli de capteurs optiques avancés au fond du puits avant que l'eau ne gèle à nouveau.
Ils ont posé un total de 86 câbles de ce type ; il y avait jusqu'à 5 160 capteurs sphériques accrochés aux câbles.
Harzen a un jour décrit avec humour ces capteurs comme des « ampoules fonctionnant à l'envers » : ces capteurs capturent des photons faibles, les convertissent en signaux électriques et les renvoient à la surface.
Les câbles sont disposés en un immense réseau hexagonal, couvrant la glace à une profondeur de 1 450 à 2 450 mètres. De cette manière, les scientifiques ont encerclé un morceau entier de glace pure d'un volume d'un kilomètre cube et d'un poids d'un milliard de tonnes à l'intérieur de la calotte glaciaire de l'Antarctique. C'est le « glaçon ».
En 2011, avec le dernier câble en place, le plus grand « télescope » au monde a été officiellement achevé.
Dans le laboratoire Ice Cube au pôle Sud, les signaux provenant de sous la glace sont collectés ici puis transmis via des satellites
Il ne regarde pas le ciel étoilé, mais est enfoui profondément sous terre ; il ne collecte pas la lumière visible, mais écoute les traces des fantômes cosmiques jour et nuit.
Diagramme Ice Cube : les neutrinos frappent les noyaux atomiques dans la glace et l'éclair lumineux est enregistré par une série de capteurs
Sur 100 millions de faux signaux chaque jour, 100 sont vrais
Construire un télescope n'est que le début. La vraie difficulté est d’identifier les neutrinos cosmiques à partir des données.
Les rayons cosmiques pénètrent dans l'atmosphère au-dessus de l'Antarctique, et plus de 100 millions de particules pénètrent chaque jour dans la glace et sont enregistrées par des capteurs.
Les neuttrinos sont également générés dans l'atmosphère. IceCube enregistre environ 100 000 neutrinos chaque année, et la plupart d'entre eux sont produits dans l'atmosphère terrestre.
Selon les prévisions théoriques, il n'y en a qu'une centaine environ qui proviennent réellement des profondeurs de l'univers chaque année.
En 2013, une avancée historique a eu lieu !
En 2013, l'équipe a recherché un type de neutrinos de plus haute énergie sur deux années de données et a rencontré deux événements avec des énergies supérieures à 1 PeV, à savoir 1,04 PeV et 1,14 PeV. Il s’agit de la première découverte confirmée de neutrinos astrophysiques de haute énergie provenant de l’extérieur du système solaire.
Cette chasse interstellaire qui dure depuis des décennies a enfin porté ses fruits.
En ajustant la méthode d'analyse de ces deux événements, l'équipe a trouvé 28 neutrinos cosmiques de haute énergie dans le même lot de données. En 2014, la signification statistique a atteint 5,7σ et les explications de sources purement atmosphériques ont été exclues.
Le 22 septembre 2017, IceCube a capturé un neutrino d'environ 290TeV. En une minute, une alerte a été envoyée au monde.
Les télescopes du monde entier se sont immédiatement concentrés sur cette coordonnée, et le résultat a été époustouflant : il y avait un blazar (TXS 0506+056) qui explosait de façon folle : une galaxie active avec un trou noir supermassif en son centre !
C'est la première fois que les humains relient des neutrinos de haute énergie à une source cosmique exacte.
En 2022, IceCube a trouvé 79 neutrinos provenant de la direction de la galaxie active NGC 1068. Le trou noir supermassif qui s'y trouve est enveloppé d'épais gaz et de poussière, et les rayons gamma mesurés sont très faibles, mais les neutrinos en ressortent.
En 2023, IceCube a vu pour la première fois notre propre Voie lactée dans les neutrinos.
Ce qui a fait la différence cette fois-ci, c'est l'apprentissage automatique. Les collaborateurs d'IceCube à l'Université technique de Dortmund en Allemagne ont développé une méthode d'apprentissage automatique pour identifier la « cascade » d'événements produits par les impacts de neutrinos tout en reconstruisant leur direction et leur énergie.
Après avoir utilisé la nouvelle méthode, plus d'un ordre de grandeur d'événements de neutrinos supplémentaires ont été retenus et la sensibilité de recherche a été augmentée jusqu'à trois fois celle d'origine. L’équipe a utilisé environ 60 000 neutrinos issus de 10 années de données pour reconstituer à quoi ressemble la Voie lactée.
Halzen a déclaré à l'époque :
Il est intéressant de noter que, contrairement à toute longueur d'onde de lumière, les neutrinos de l'univers lointain sont plus brillants que les sources proches de notre galaxie.
Plus tôt cette année, IceCube a utilisé 12 années de données pour pousser le signal de la Voie lactée à 5,7σ. La Voie Lactée est ainsi devenue la première source de neutrinos de haute énergie à franchir le seuil de découverte 5σ.
Juste avant l'annonce de ce prix Nobel en 2026, l'équipe IceCube a publié un résultat à succès : elle a enfin vu clairement la lueur des neutrinos de haute énergie émise par la Voie lactée elle-même ! Cela signifie que nous utilisons enfin les neutrinos comme pinceau pour peindre un nouveau regard sur la Voie lactée.
Ouvrez à lui seul une nouvelle ère de « multi-messagerie »
Maintenant, ce vieil homme têtu, obsédé par la capture de fantômes avec de la glace depuis les années 1980, a enfin inauguré son moment de couronnement.
Mark Pearce, président du comité du prix Nobel de physique, a commenté——
L'équipe internationale dirigée par Francis Halzen nous a fourni un merveilleux instrument. Sa ténacité et sa vision scientifique ont ouvert la voie à un tout nouveau type d’astronomie.
Oui, c'est l'aube de l'ère de « l'astronomie multi-messagers ».
En regardant le ciel étoilé aujourd'hui, nous pouvons non seulement « voir » avec la lumière et « entendre » avec les ondes gravitationnelles, mais nous pouvons également utiliser des neutrinos de haute énergie capturés par IceCube pour « voir » directement à travers le noyau sombre le plus violent de l'univers.
Actuellement, "Ice Cube-Gen2", dont la taille a été multipliée par huit, est en cours de planification.
Un réseau mondial de capture de neutrinos s'ouvre lentement dans la mer Méditerranée, dans l'océan Pacifique et dans le cadre du projet chinois « TRIDENT » en mer de Chine méridionale.
En ce moment, les 65 milliards de neutrinos qui traversent vos ongles ont traversé le vide sans fin, traversé les vicissitudes de la vie et se sont précipités directement sur la terre.
Au point le plus au sud de la terre, il y a un groupe de terriens romantiques et fous, dans un kilomètre cube de glace sombre et pure, les yeux grands ouverts, n'attendant que cet aperçu époustouflant qui s'étend sur des centaines de millions d'années.
C'est peut-être le roman le plus extrême de l'exploration humaine de l'univers.
Rendons hommage au prix Nobel de physique 2026, Francis Hartzen !
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