Deux noyaux d'étain entrent en collision à environ les deux tiers de la vitesse de la lumière. Pendant un instant, un nuage chaud et dense se forme, d'où des protons s'échappent dans toutes les directions. Si l'on capture des paires de protons et que l'on mesure à quelle fréquence ils partent dans la même direction, on peut calculer la taille de ce nuage. Cette méthode s'appelle la femtoscopie – elle agit comme un microscope à l'échelle nucléaire.
Dans l'expérience, deux variantes ont été comparées : des noyaux d'étain avec un excès de neutrons et d'autres avec un déficit. Pour les premiers, le nuage de protons s'est avéré nettement plus grand : un rayon de 2,22 femtomètres contre 1,74 femtomètre. Un femtomètre est un millionième de milliardième de mètre. La différence de 24% semble modeste, mais les noyaux initiaux eux-mêmes ne différaient en taille que de 3%. Quelque chose a gonflé le nuage dans le système riche en neutrons.
Les calculs conventionnels, qui ne tiennent compte que du champ moyen des forces nucléaires, ne reproduisent pas cette amplification. Il faut donc prendre en compte les interactions par paires – ce que les physiciens appellent « au-delà du champ moyen ». C'est une étape importante : nous disposons désormais d'un outil pour étudier les corrélations à courte portée dans la matière nucléaire, difficiles à observer par d'autres moyens.
Les collisions de faisceaux radioactifs avec une femtoscopie précise ouvrent une nouvelle voie. Auparavant, on jugeait ces corrélations par des diffusions d'électrons sur des noyaux légers ; maintenant, on peut les tester dans le milieu chaud et dense créé en laboratoire. Cela rapproche de la compréhension du comportement de la matière dans les étoiles à neutrons, où les neutrons sont encore plus nombreux.
La femtoscopie ressemble à la mesure de la taille d'un feu d'artifice par ses éclats : si les étincelles partent souvent par paires dans la même direction, c'est qu'elles sont nées proches l'une de l'autre – et la fréquence de ces coïncidences permet de reconstituer la taille de la région de naissance.
Dans le roman « Schismatrice » de Bruce Sterling, les réactions nucléaires et les isotopes jouent un rôle clé dans la politique et les technologies – là, une connaissance précise des propriétés nucléaires change l'équilibre des forces.