Khi làm nghiên cứu sinh tại Viện Đại học California-Berkeley[6] và Viện Công nghệ Massachusetts, bà làm việc dưới sự hướng dẫn của David C. Jewitt.[4] Năm 1992, sau 5 năm quan sát, họ đã tìm thấy thiên thể đầu tiên trong vành đai Kuiper nhờ sử dụng kính thiên văn 2,2 mét của Viện Đại học Hawaii nằm ở Đài quan sát Mauna Kea, và nhờ đó đã thấy ra vành đai này với khoảng 70 ngàn thiên thạch (Kuiper Belt object, viết tắt KBO, hay còn gọi là Thiên thể ngoài Hải Vương Tinh)[7] Ký hiệu của thiên thể này là (15760) 1992 QB1, mà bà và Jewitt đặt cho nó là "Smiley".[5] khám phá này là một bước tiến lớn trong việc tìm hiểu lịch sử hình thành Hệ Mặt Trời.[3]

Về các thiên thạch trong vành đai Kuiper, giảng sư Lưu phát biểu:

"Chúng tôi đã kiếm thấy có hàng triệu thiên thạch ngoài đó, bên mép rìa Thái Dương Hệ, trong vành đai Kuiper giống như hành tinh Diêm Vương Tinh vậy.... Khám phá này làm hoàn toàn thay đổi quan niệm của chúng ta về định nghĩa hành tinh là gì."[8][9]

Năm 1991, Lưu nhận Giải thưởng Annie J. Cannon trong Thiên văn học từ Hội thiên văn học Hoa Kỳ. Năm 1992, bà nhận bằng tiến sĩ tại Viện Kỹ thuật Massachusetts, và nhận học bổng Hubble của Viện Đại học California-Berkeley. Tiểu hành tinh 5430 Luu được đặt theo tên của bà để vinh danh.[10][11][12]