Le comité Nobel met l'astrophysique des neutrinos à l'honneur

CNRS Nucléaire & Particule félicite chaleureusement Francis Halzen pour le prix Nobel de physique, qui lui a été décerné le 06 octobre 2026. À travers cette distinction, le comité Nobel met en valeur un scientifique visionnaire à l'origine du principe et du développement des télescopes à neutrinos de très grande taille (1 km3). Ces instruments hors du commun ont ouvert la voie à la détection des neutrinos astrophysiques produits dans l'Univers par les phénomènes cosmiques les plus violents et de poser les bases d'une nouvelle astronomie complémentaire de l'astronomie classique (lumière, X, micro ondes,…). 

Les neutrinos constituent en effet des messagers astronomiques très prometteurs, notamment parce qu'ils sont électriquement neutres et qu'ils n'interagissent que très faiblement avec la matière. Grace à ces propriétés, ils traversent la Terre comme si elle n'existait pas, et voyagent depuis les confins du cosmos en ligne droite, sans être ni déviés par les champs magnétiques galactiques ou intergalactiques, ni absorbés par des sources denses ou le fond cosmique. En revanche, du fait qu'ils n'interagissent que très peu avec la matière, ces neutrinos sont particulièrement difficiles à attraper. C'est pourquoi il est nécessaire de développer des instruments de très grande taille comme les télescopes IceCube ou KM3NeT pour maximiser les chances d'en voir.

Un télescope à neutrinos sous la glace…

Le télescope à neutrinos IceCube, que Francis Halzen a imaginé, construit et dirigé lorsqu'il travaillait à l'université du Wisconsin-Madison aux Etats-Unis, est composé d'une vaste trame de milliers de capteurs de lumière surveillant un volume de glace d'un kilomètre cube à 2km de profondeur dans la calotte glaciaire de l'antarctique. Ces capteurs ultra sensibles détectent le minuscule éclat de lumière Tcherenkov que les neutrinos venus du cosmos y génèrent de façon très rare et fugace. Mise en service en 2011, cette expérience a ainsi permis de détecter et étudier les premiers neutrinos astrophysiques de très grande énergie (premier neutrino de l'ordre du PeV capté en 2013), bousculant les scénarios astrophysiques imaginés pour les phénomènes cosmiques.

 … et dans les abysses de la méditerranée

La France, sous la houlette de l'institut CNRS Nucléaire & Particules, a développé le vaste projet KM3NeT actuellement en cours de déploiement dans les abysses de la mer méditerranée.  À la différence d'IceCube, les détecteurs de lumière du télescope KM3NeT flottent entre deux eaux dans le noir des profondeurs. Ils surveillent d'énormes volumes d'eau à l'affût du passage des neutrinos.  

KM3NeT est un projet international mené par des partenaires italiens, néerlandais et français. Il disposera à terme de deux sites complémentaires d'observation des neutrinos. Le site ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), en construction au large de la Sicile, est optimisé pour voir les neutrinos de grande énergie provenant de cataclysmes de l’Univers tels que des supernovæ ou la formation et l’évolution de trous noirs. Le site ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), en construction au large de Toulon participera quant à lui à l'étude des propriétés des neutrinos. Le télescope KM3NeT s'est illustré en février 2025 en annonçant la détection du neutrino le plus énergétique jamais observé, même par le télescope IceCube avec une énergie extraordinaire de 220 petaelectronvolts.