Le noyau d'un atome de xénon-133 ne vit que quelques jours avant de se désintégrer. Impossible d'en faire une fine pellicule-cible et de la bombarder de particules : elle disparaîtrait avant même d'être fabriquée. Les physiciens ont donc fait l'inverse : ils ont accéléré des noyaux de xénon-132 et les ont dirigés vers une cible de deutérium (hydrogène lourd). Lors de la collision, un noyau de xénon capturait un proton et se transformait brièvement en un noyau excité de xénon-133, qui émettait aussitôt des rayons gamma.

Les détecteurs entourant le point de collision captaient ces rayons gamma ainsi que les protons éjectés. Grâce à leur énergie et à leurs angles d'émission, les scientifiques ont reconstitué l'échelle des niveaux d'énergie à l'intérieur du noyau — comme s'ils avaient pris les empreintes digitales d'un objet invisible. Pour la première fois, ils ont pu mesurer la densité des niveaux sous 6 MeV (mégaélectronvolts) pour cet isotope du xénon — une énergie des millions de fois supérieure à celle de la lumière visible, mais qui correspond, à l'échelle du noyau, aux « étages inférieurs » de son échelle interne.

La densité des niveaux obtenue et la force des transitions gamma ont permis de calculer la probabilité qu'un noyau de xénon-132 capture un neutron et devienne du xénon-133. Ces réactions se produisent dans les réacteurs et lors des explosions, et des chiffres précis sont nécessaires pour le contrôle des matières nucléaires et pour comprendre combien de xénon s'accumulera dans le combustible. De plus, ces données contraignent la vitesse d'un processus rare : le noyau peut s'exciter en capturant un électron de sa propre couche interne — un effet difficile à observer, mais dont la contribution peut désormais être estimée.

Ainsi, la méthode inverse — où la cible vole et le projectile reste immobile — ouvre l'accès à des noyaux intouchables. D'autres isotopes à courte durée de vie des gaz rares pourraient être les prochains, et chacun racontera son histoire sur les forces qui maintiennent protons et neutrons ensemble.