Два эха от одной частицы: как телескоп услышит редкие ливни ✛ ✎

Представьте, что в атмосферу влетает крошечная частица — протон или ядро гелия. Она ударяет по молекулам воздуха, и вниз летит целый поток частиц, как брызги от камня, брошенного в воду. Обычно эти брызги держатся вместе. Но иногда одна из них получает особенно сильный толчок и улетает далеко вперёд. Тогда поток раздваивается: получаются два сгустка вместо одного.

До сих пор такие двойные ливни видели только в компьютерных расчётах. Настоящие приборы не могли их заметить, потому что они очень редкие. Новый радиотелескоп SKA-Low — это огромное поле с тысячами антенн, которые слушают радиоволны из атмосферы. Он настолько чувствительный, что может уловить сигнал от двух сгустков сразу. Волны от них складываются, и на некоторых частотах они гасят друг друга. Получаются провалы в спектре, как если бы два эха пришли с разницей в доли секунды.

Учёные построили простую модель: представили каждый сгусток как отдельный источник радиоволн. Этого хватило, чтобы по провалам вычислить, на какой высоте находились оба сгустка. Потом они проверили метод на искусственных событиях и получили точность в десятки граммов на квадратный сантиметр. Это как измерить толщину листа бумаги с помощью линейки.

Теперь, когда телескоп SKA-Low заработает на полную мощность, он сможет ловить такие двойные ливни. По расстоянию между сгустками можно будет понять, из чего состояла исходная частица. Это важно, потому что космические лучи до сих пор остаются загадкой: мы не знаем точно, откуда они прилетают и из чего сделаны. Двойные ливни дадут новую подсказку.