Des travaux, dont les résultats ont été publiées le 20 juin 2013 dans la revue Nature, ont permis de mesurer, grâce à un nouvel instrument installé au CERN, auprès de l’installation ISOLDE, la masse de noyaux de calcium exotiques.

Plus précisément, les masses des isotopes du calcium ont été analysées, par la collaboration ISOLTRAP, jusqu’au calcium 54, qui est constitué de 34 neutrons et de 20 protons. Un résultat remarquable obtenu pour le calcium 52, «rivalise avec celui des nombres magiques classiques» puisqu'il révèle un nouveau nombre magique: le 32, lié à la stabilité de cette espèce exotique.

Ce nombre magique n’était pas prévu dans le «modèle en couches» de départ, «pour lequel Maria Goeppert-Mayer et Hans Jensen ont reçu le prix Nobel en 1963, il y a exactement 50 ans». Dans ce modèle, où les protons et neutrons d’un noyau sont structurés en «couches» (une structure qui évolue avec un nombre croissant de neutrons), les nombres magiques «correspondent à des couches nucléaires pleines, dans lesquelles les constituants sont plus étroitement liés, ce qui se traduit par une plus grande stabilité et des masses plus légères».

Cette étude a permis également de mieux comprendre «comment les noyaux peuvent être décrits du point de vue de la force forte», puisque des prédictions, s’appuyant sur une théorie moderne, dérivée de la chromodynamique quantique (prenant en compte les forces à trois corps), concordent avec les données recueillies avec ISOLTRAP.