Francis Halzen, physicien belge émérite établi aux États-Unis, a reçu le prestigieux Prix Balzan 2015. Sous son impulsion, le plus grand détecteur de neutrinos au monde, IceCube, a été construit en Antarctique.
Fin 2013, le magazine scientifique renommé Physics World a élu l'observation de 28 neutrinos de haute énergie « Percée de l'année ». Détectés par le télescope IceCube au pôle Sud, ces particules élémentaires révèlent les processus extrêmes aux confins de l'univers. Le père d'IceCube est belge : Francis Halzen, émigré aux États-Unis il y a quarante ans. Il y a trente ans, il a proposé le premier un détecteur géant de neutrinos enfoui dans la glace antarctique. Aujourd'hui, il dirige toujours cette recherche impliquant 280 physiciens de 42 institutions, dont l'Université de Gand, les universités bruxelloises et l'Université de Mons.
▲ Le laboratoire IceCube au pôle Sud. Le détecteur géant repose à un mile sous la glace.
Comment fonctionne IceCube ? « Imaginez IceCube comme un télescope observant l'univers avec des neutrinos plutôt que des photons. Des millions de ces particules traversent constamment le détecteur. La plupart proviennent du Soleil ou de l'atmosphère – cela ne nous intéresse pas. Mais certaines naissent dans les régions les plus extrêmes du cosmos. Sans charge électrique et quasi sans masse, les neutrinos traversent étoiles et planètes en ligne droite, arrivant intacts. Nous analysons alors leurs propriétés et origines. »
« Le détecteur est un cube de glace d'un kilomètre de côté, à un mile sous le pôle Sud. Nous avons foré 86 trous de 2,5 km de profondeur sur un kilomètre carré, à l'eau chaude. Chaque trou abrite un câble avec 60 détecteurs photosensibles. Au total, 5 160 capteurs sont figés dans la glace. Un neutrino sur un million interagit avec un proton ou neutron. Les débris produisent un muon qui émet une lumière bleue Cherenkov, captée par les senseurs et traitée par des ordinateurs puissants en surface. »
Comment distinguer les neutrinos « locaux » des cosmiques ?
« Nos capteurs ne réagissent qu'aux particules ultra-énergétiques, au-delà de 1 pétaélectronvolt (PeV) – un milliard de fois plus que les neutrinos solaires. Le LHC atteint 7 téraélectronvolts (TeV) pour le Higgs, équivalent à un TGV percutant un mur à 150 km/h. »
En novembre 2013, Science publiait vos 28 neutrinos haute énergie, élue « Percée de l'année » par Physics World. Bert et Ernie se distinguent-ils ?
« Nous nommons souvent nos détecteurs (voitures, oiseaux...). Bert et Ernie, inspirés de Sesame Street, sont les premiers à 1 PeV. Les 26 autres culminent à 30 TeV. »
D'où viennent ces neutrinos ?
« Les théoriciens évoquent supernovae ou trous noirs supermassifs. Nous traçons leurs trajectoires en 3D, mais 28 événements ne suffisent pas pour pinner la source. Bientôt, plus de données apporteront des réponses. J'en suis certain. »
Cette découverte est-elle le sommet d'IceCube ?
« Non. Le vrai triomphe fut sa mise en route fin 1990. Il y a trente ans, mon idée semblait folle. Pourtant, nous avons financé et construit en sept ans, inventant une perceuse à eau chaude. Voir des neutrinos à 20 TeV fut aussi exaltant que les PeV cosmiques. »
La pureté de la glace centenaire est inimitable en laboratoire.
Pourquoi le pôle Sud ?
« D'abord, un volume immense de glace pure pour des interactions rares. Sa translucidité exceptionnelle étend la lumière Cherenkov, minimisant les capteurs. Mais initialement, c'était la station existante qui rendait le site accessible pour logistique et personnel. »
Travaillez-vous sur place ?
« Non, en tant que PI, je priorise les lits pour la science. Théoricien, je n'ai rien à faire là-bas (rires). L'été dernier : maintenance seulement. Hiver : deux hivernants. »
Importance des Belges ?
« Le groupe VUB-ULB-UMons excelle en chasse à la matière noire ; IceCube est idéal pour cela. Gand analyse les données en surface. Freija Descamps a hiverné neuf mois en isolation totale. »
Reconnaissance belge via doctorat honoris causa de Gand (2014) ?
« Immense. Après 40 ans, je pensais oublié. Gand, l'endroit le plus exotique pour cela (rires). »
Prochaines visites via Chaire Francqui ?
« Famille, vélo, mer. Curieux de redécouvrir la Belgique ! »
Francis Halzen
Né à Tienen (1944), études maths-physique KU Leuven, PhD théorie des particules. À Wisconsin-Madison depuis 1971 ; passages CERN, Durham, Tokyo. 2013 : Physics World Breakthrough pour neutrinos cosmiques via WIPAC.
