Sous la glace de l'Antarctique, le Nobel du Belge Francis Halzen

L’annonce a été faite ce 6 octobre à Stockholm, où le prix lui sera remis le 10 décembre, jour anniversaire de la mort d’Alfred Nobel. Francis Halzen en est l’unique lauréat, « pour ses contributions décisives à l’Observatoire de neutrinos IceCube et à la découverte de neutrinos de haute énergie d’origine astrophysique ». La nouvelle l’a surpris lors d’un voyage en Italie. Il a confié éprouver une sensation « étrange » et a aussitôt associé à cet honneur les chercheurs d’IceCube, en particulier ceux qui avaient pris le risque de rejoindre le projet à ses débuts.

Un théoricien sur un chantier polaire

Francis Halzen naît le 23 mars 1944 à Tirlemont, dans le Brabant flamand. Son père dirige une entreprise de construction et le jeune homme s’inscrit d’abord en ingénierie, avant de préférer les mathématiques et la physique à Louvain, à l’actuelle KU Leuven. Il songe un temps à enseigner dans le secondaire à Landen, mais une bourse du NFWO, l’ancêtre du FWO, le conduit au doctorat en 1969, puis au CERN. En 1971, l’Université du Wisconsin–Madison l’invite pour six mois. Il y fera toute sa carrière.

Le physicien se définit comme un théoricien qui n’a « jamais fait une expérience ». Des décennies après ses études d’ingénieur abandonnées, le fils de l’entrepreneur supervise pourtant le forage de la glace antarctique et la construction d’un détecteur hors norme. Il en attribue volontiers le mérite aux ingénieurs et aux chercheurs qu’il a su réunir.

Un kilomètre cube de glace

L’idée d’observer les neutrinos dans l’eau remonte à 1960 et au physicien soviétique Moisei Markov. En 1988, Francis Halzen et John G. Learned proposent de recourir à la glace du pôle Sud. Les premiers essais inquiètent, car la glace proche de la surface, chargée de bulles, diffuse la lumière. Sous 1 400 mètres, elle se révèle d’une pureté exceptionnelle. Le physicien a raconté avoir passé la soirée du 24 décembre 1993, ordinateur sur les genoux, à guetter l’installation du premier câble du prototype AMANDA.

IceCube prend forme entre 2004 et 2010 près de la station Amundsen–Scott. Des foreuses à eau chaude ouvrent des puits de quelque 2,5 kilomètres, dans lesquels 5 160 capteurs sont descendus avant que l’eau ne regèle, entre 1 450 et 2 450 mètres de profondeur. Le chantier a nécessité près de dix millions de livres de fret et plus de 30 000 journées-personnes au pôle Sud. L’instrument, invisible depuis la surface, occupe un kilomètre cube de glace.

Une nouvelle fenêtre sur l’Univers

Le neutrino, sans charge électrique et d’une masse infime, traverse la matière presque sans interagir : quelque 65 milliards de neutrinos solaires franchissent chaque seconde la surface d’un petit ongle. IceCube repère les rares interactions qui se produisent dans la glace grâce à la lueur bleue, dite de Tcherenkov, que captent ses modules. Leur trajectoire n’étant pas déviée par les champs magnétiques, les neutrinos de haute énergie pointent vers leur source et renseignent sur les phénomènes les plus violents du cosmos.

En 2013, IceCube établit l’existence d’un flux de neutrinos de haute énergie venus de l’espace. En 2017, l’un d’eux est associé au blazar TXS 0506+056, un objet alimenté par un trou noir supermassif. Suivent des indices venus de la galaxie active NGC 1068, puis, en 2023, une première image de la Voie lactée en neutrinos. Francis Halzen le résume d’une phrase : « L’astronomie des neutrinos existe. »

IceCube s’inscrit dans la lignée des instruments qui ont élargi notre représentation du monde, du télescope optique au radiotélescope, de l’observatoire de rayons X au détecteur d’ondes gravitationnelles. Mark Pearce, président du comité Nobel de physique, salue la « ténacité » et la « vision scientifique » du lauréat, qui « ont ouvert la voie à une nouvelle forme d’astronomie ».

Un Flamand à Madison

Plusieurs médias belges présentent Francis Halzen comme le deuxième Belge Nobel de physique, après François Englert en 2013. Il est docteur honoris causa de l’Université de Gand depuis 2014, membre étranger de la Koninklijke Vlaamse Academie van België depuis 2016, et revient régulièrement à la rencontre des chercheurs belges. La Belgique a participé au financement d’IceCube via le FNRS et le FWO, et des équipes de l’IIHE (ULB-VUB) et de l’UCLouvain contribuent toujours au projet.

En 2025, Francis Halzen disait ne pas avoir le temps de penser à son héritage et ne regarder que l’avenir. Celui-ci passe par IceCube-Gen2, qui devrait porter le volume instrumenté à environ huit kilomètres cubes.

Les propos cités sont traduits de l’anglais par la rédaction.

Photo de couverture : © UCLouvain Press