Imaginez qu'une minuscule particule, un proton ou un noyau d'hélium, pénètre dans l'atmosphère. Elle heurte les molécules d'air et une cascade de particules s'abat vers le sol, comme les éclaboussures d'une pierre jetée dans l'eau. En général, ces éclaboussures restent groupées. Mais parfois, l'une d'elles reçoit une impulsion particulièrement forte et file loin en avant. Le flux se divise alors en deux : on obtient deux amas au lieu d'un.
Jusqu'à présent, de telles gerbes doubles n'avaient été observées que dans des simulations informatiques. Les instruments réels ne pouvaient pas les détecter, car elles sont très rares. Le nouveau radiotélescope SKA-Low est un immense champ de milliers d'antennes qui écoutent les ondes radio provenant de l'atmosphère. Il est si sensible qu'il peut capter le signal des deux amas simultanément. Les ondes qu'ils émettent se superposent et, à certaines fréquences, elles s'annulent. Il en résulte des creux dans le spectre, comme si deux échos arrivaient avec un léger décalage.
Les scientifiques ont construit un modèle simple : ils ont représenté chaque amas comme une source distincte d'ondes radio. Cela a suffi pour calculer, à partir des creux, à quelle altitude se trouvaient les deux amas. Ils ont ensuite testé la méthode sur des événements simulés et obtenu une précision de l'ordre de quelques dizaines de grammes par centimètre carré. C'est comme mesurer l'épaisseur d'une feuille de papier avec une règle.
Maintenant, lorsque le télescope SKA-Low fonctionnera à pleine puissance, il pourra détecter de telles gerbes doubles. La distance entre les amas permettra de déterminer la composition de la particule d'origine. C'est important, car les rayons cosmiques restent encore une énigme : nous ne savons pas exactement d'où ils viennent ni de quoi ils sont faits. Les gerbes doubles fourniront un nouvel indice.
La fréquence du creux d'interférence dans le spectre d'une gerbe double est liée à la distance entre les deux sous-gerbes : plus les maxima sont éloignés, plus la fréquence du premier creux est basse. Pour un événement typique à $10^{15}$ eV, le creux tombe dans la bande de SKA-Low, autour de 100 MHz.
L'idée d'utiliser l'interférence de signaux provenant de sources séparées rappelle le principe de l'interférométrie radio décrit dans le roman « Contact » de Carl Sagan, où l'héroïne analyse un signal arrivant de différentes directions pour extraire une source faible du bruit.