Ganó el Premio Nobel de Física en el año 1963 por sus descubrimientos relacionados con la estructura nuclear. Fue la segunda mujer galardonada con este premio después de Marie Curie.
Elaboró el modelo de capas nuclear, con el que daba una explicación plausible de la existencia de los llamados «números mágicos», aquellos núcleos con un número específico (2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126) de
neutrones o protones (o de ambos) eran mucho más abundantes que el
resto, y por tanto, más estables.
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