عندما يصطدم بروتون سريع بنواة ذرة، تولد للحظات جسيمات جديدة. أحدها هو ميزون فاي: كتلة قصيرة العمر من المادة تتحلل إلى زوج إلكترون-بوزيترون. التقاط هذا التحلل يشبه سماع صدى انفجار بعيد: الانفجار نفسه قد انتهى، لكن أثره ما زال يطير.

في المختبر الياباني J-PARC، قاس الفيزيائيون لأول مرة عدد المرات التي تتولد فيها ميزونات فاي عند اصطدام بروتونات بطاقة 30 GeV بأهداف من الكربون والنحاس. وللقيام بذلك، استخدموا مطيافًا جديدًا يُسمى E16 — وهو جهاز يلتقط الإلكترونات والبوزيترونات الناتجة عن تحلل ميزون فاي. جرت التجربة على خط الحزمة الذي تم تشغيله للتو: كانت هذه أول جلسة عمل له.

بقياس عدد ميزونات فاي المتولدة، حسب العلماء المقطع العرضي الكلي للتفاعل — وهو مقياس لمدى استعداد الجسيمات المتصادمة لإنتاج هذه العملية. بالنسبة للكربون، بلغ المقطع العرضي 2.0 ± 0.9 (خطأ إحصائي) ± 1.0 (خطأ منهجي) مليبارن، وبالنسبة للنحاس — 10.3 ± 4.4 ± 4.4 مليبارن. ثم تحققوا من كيفية اعتماد المقطع العرضي على حجم النواة. اتضح أنه يزداد بشكل شبه خطي مع عدد النيوكليونات: الأس α = 0.99 ± 0.38 ± 0.34. هذا يعني أن كل بروتون أو نيوترون في النواة لا يبدو أنه يلاحظ جيرانه — يولد ميزون فاي على نيوكليون واحد، وليس على النواة بأكملها.

الاستقراء إلى نواة من بروتون واحد يعطي مقطعًا عرضيًا يتطابق جيدًا مع القياسات السابقة لتصادمات بروتون-بروتون عند طاقات مماثلة. وهكذا أكد الجهاز الجديد: صورة ولادة ميزونات فاي موحّدة لجميع الأنوية — من بروتون واحد إلى النحاس الثقيل.