نواة الذرة ليست كيسًا عشوائيًا من البروتونات والنيوترونات، بل نظام كمومي منتظم. وكما هو الحال مع الإلكترونات في الذرة، تملأ النيوكليونات أغمادًا من الطاقة. عندما يكون الغلاف ممتلئًا تمامًا، تكتسب النواة استقرارًا متزايدًا، ويُطلق على العدد المقابل من الجسيمات اسم «الرقم السحري». بالنسبة للكالسيوم الذي يحتوي على 20 بروتونًا، فإن الأرقام السحرية الكلاسيكية للنيوترونات هي 20 و28. لكن مؤخرًا، اشتبه الباحثون في وجود أرقام سحرية جديدة لنظيري الكالسيوم-52 والكالسيوم-54: 32 و34 نيوترونًا.

كان التحقق من هذه الفرضية معقدًا بسبب الندرة الشديدة للنظائر: يُنتَج الكالسيوم-53 في المسرّع بمعدل بضع أيونات فقط في الثانية. إن التقاط مثل هذه الجسيمات المفردة وقياس خصائصها يشبه سماع همسة شخص واحد في ملعب مكتظ. استخدم فيزيائيون من تعاون COLLAPS تحليلًا طيفيًا بالليزر فائق الحساسية على حزم متقاطعة. يسلّط شعاع الليزر الضوء على الأيون، ومن انزياح تردد الضوء المبعثر يمكن حساب العزم المغناطيسي للنواة ونصف قطر شحنتها.

كانت النتيجة نقية بشكل مدهش. تطابق العزم المغناطيسي للكالسيوم-53 مع التنبؤ النظري لنيوترون واحد يقع فوق غلاف مغلق من 32 نيوترونًا. لا شوائب من حالات كمومية أخرى. كما أن نصف قطر شحنة النواة يزداد نحو الكالسيوم-54 بشكل أكثر حدة منه نحو الكالسيوم-52. الأمر كما لو أنك تضيف طوبة إلى جدار، وفجأة ترى أنه بعد الطوبة الـ32 أصبح الجدار أكثر سمكًا بشكل ملحوظ — مما يعني أن الصف اكتمل وبدأت طبقة جديدة.

هذه الصورة حجة قوية على أن 32 نيوترونًا تُغلق الغلاف في الكالسيوم. بالإضافة إلى ذلك، تقيّد هذه البيانات النماذج النظرية بشكل صارم: فهي الآن ملزمة بإعادة إنتاج كل من العزم المغناطيسي وقفزة نصف القطر في آن واحد. حالة نادرة حيث نيوترون واحد، تم التقاطه بالليزر، يفرض إعادة النظر في قواعد اللعبة في الفيزياء النووية.