当时的困境
到 1933 年，放射性已经被研究了将近四十年，但它始终是一种只能发现、不能制造的性质。伊雷娜后来在诺贝尔演讲里说，放射性一直专属于「大约三十种天然存在的物质」，按照「从来没人能干预的不变规律」衰变。要放射源，只能从成吨的矿石里提。
人工嬗变倒是早就有了。1919 年卢瑟福用 α 粒子把氮打成了氧，此后各实验室又轰开了一串轻元素。可这些反应有两个共同点：一是瞬间完成，α 粒子撞进去，碎片飞出来，一切在轰击的那一刻就结束了；二是产物是稳定的，而且少得可怜。弗雷德里克在演讲里估计，这类实验造出的新元素不到 克，至多几百万个原子，谁也称不出来。1934 年他们的第二篇论文说得更直白：没有办法验证生成的原子是什么，写反应式时只能靠能量去推。
约里奥-居里夫妇自己手里有个解释不通的现象。用钋的 α 粒子轰击铝，会同时放出中子和正电子——正电子是 1932 年才在宇宙线里认出来的新粒子。他们原以为两者同时从一次反应里出来。1933 年 10 月在索尔维会议上报告这个结果，迈特纳质疑他们的数据；也有人提出，铝也许先变成一种不稳定的磷，再由磷放出正电子。想法已经摆在桌面上，缺的是一次能把它看出来的实验。据 2012 年一项查阅约里奥-居里档案的研究，会后夫妇二人没有接着合做这个实验，而是分头去做了别的课题。
洞见时刻
1934 年 1 月 11 日下午，弗雷德里克想找出铝放正电子的能量门槛，逐步调低 α 粒子的能量。中子先停了，正电子却没停。他把钋源整个拿开——盖革计数器还在响。
这正是所有前人的实验结构上看不到的地方：大家只在轰击进行时计数，因为嬗变向来在轰击的那一刻就结束了。而这次，铝箔在源撤走以后继续放出正电子，数目按指数衰减，大约每三分钟减半；把 α 粒子能量调低，放出的正电子少了，减半的周期却纹丝不动。周期与轰击无关，只属于留下来的那种原子核——这是放射性的标志。
他怕是仪器出了毛病。当晚夫妇俩有饭局，他请德国博士后根特纳替他查一查计数器，第二天早上看到根特纳留的字条：计数器没问题。这才开了一本新的实验记录本。接下来几天两人一起补做实验，硼、镁也有同样的效应，周期各不相同；氢、碳、氧、钠、钙、银等十来种元素则没有。1 月 15 日，他们向法国科学院报告：
这是第一次能够借助外部原因，使某些原子核获得放射性，而且在激发原因撤走之后，这种放射性还能持续一段可以测量的时间。
他们的解释是两步：α 粒子钻进铝核，放出一个中子，留下一颗自然界没有的磷-30；磷-30 再放出正电子，变成稳定的硅。
困扰他们的「同时放出」就此拆开了：中子是瞬间反应放的，正电子是后来衰变放的，时间上本来就不在一起。
这一次，产物不再是没人称得出来的几个原子，而是会自己发信号的原子。这让化学能插得上手：一次只能造出约十万个磷原子，称不出来，但放射性跟着谁走，就说明它是谁。三周后的第二篇论文里，他们把照过的铝溶进盐酸，放射性随气体跑了出去——正是磷化氢该有的表现。论文称之为「嬗变的第一个化学证据」。
涟漪效应
确认几乎是立刻的。 剑桥、维也纳、伯克利的实验室很快重复出来，伯克利那边还发现，自己的回旋加速器其实早就在造放射性原子，只是计数器和加速器共用一路电源，束流一停计数器也跟着断电，恰好错过了衰变发生的那段时间。论文结尾预言用氘核轰击碳可以得到放射性的氮-13，也很快在加速器上应验。
费米换了一种炮弹。 带正电的 α 粒子只能撞开轻元素，重元素的核电荷太大，α 粒子挤不进去。费米随即改用不带电的中子，在罗马沿着周期表一个元素一个元素地轰，批量造出几十种新的放射性同位素，还发现慢中子更有效。他在 1938 年的诺贝尔演讲题目里直接用了这个名字：《中子轰击产生的人工放射性》。这条路走到铀，就是 1938 年底的核裂变。
放射性从研究对象变成了工具。 颁奖词里已经说，夫妇俩希望很快能给生理学家提供放射性碳这类制剂。在此之前，示踪法只能用铅这样少数天然带放射性的重元素；此后，磷、碳、碘、钠……几乎任何元素都能造出会自己报位置的版本，放射性示踪从此进入生物学与医学。林道诺贝尔奖得主大会的综述有一句话概括：放射性元素不再是研究的对象，而成了研究的工具。
他们看到的那种衰变，后来成了一种医学成像。 磷-30 放出的是正电子。今天的 PET 扫描用的正是同一类人造的正电子放射性同位素：正电子一出核就与附近的电子湮灭，化作两束反向飞出的伽马光子，探测器据此反推出药物在体内的位置。
弗雷德里克在 1935 年的诺贝尔演讲结尾还往更远处看了一步：研究者终将造出「爆炸性的嬗变，真正的化学链式反应」。四年后，他本人与哈尔班、科瓦尔斯基测到了铀裂变放出的多余中子。
如果没有它
这个发现不需要新理论：α 粒子源、盖革计数器、中子与正电子都已经齐了，缺的只是有人在撤掉源以后多数一会儿。伯克利的加速器离它只差一根单独的电源线，所以没有巴黎，放射性很可能也就晚几个月被人撞见——这是推测，但从各地「一天之内就重复出来」看，是站得住的推测。
真正会推迟的是它打开的那些门。没有可以按需制造的放射性同位素，费米那一轮系统轰击就少了出发点，示踪法仍然只能用铅、铋这类天然放射性元素，核医学更无从谈起。颁奖词里拿它与「早先那些作为放射性元素唯一来源的矿石」作比，说的就是这个转变：放射性不再需要去地里找，可以在实验台上造。
更微妙的是方法上的先例。1938 年，伊雷娜与萨维奇、哈恩与施特拉斯曼追踪铀在中子轰击下的产物，靠的都是同一套手法——拿化学去跟踪那些少到称不出来、只能靠放射性认出的原子。「用化学证明嬗变」在 1934 年第一次做成，或许正是这套手法成熟得那么快的原因之一。