De kernen van atomen die in de natuur worden gevonden, hebben meestal ongeveer hetzelfde aantal protonen en neutronen, en stabiel zijn - dat wil zeggen dat ze voor altijd intact blijven. Vergroot de onbalans tussen het aantal protonen en neutronen, echter, en de levensduur van een atoomkern kan aanzienlijk afnemen, soms zo kort dat we ons afvragen of we het systeem wel 'een kern' moeten noemen.

Een team van onderzoekers bestudeerde de zeer ongebruikelijke en extreem kortlevende soort waterstof, bestaande uit een enkel proton en vier neutronen, bekend als ⁵ H ("waterstof vijf"). Hun doel was om te leren over systemen van protonen en neutronen die uit elkaar vliegen bijna zodra ze zijn gevormd, maar laten niettemin een waarneembaar spoor achter van hun vluchtige bestaan. Dat kon het team laten zien ⁵ H overleeft ongeveer 6x10 ^-23 seconden (zestig biljoenste van een biljoenste van een seconde of 60 "yocto-seconden") voordat twee van de vier neutronen wegvliegen en een kleinere radioactieve kern van waterstof achterlaten die bekend staat als ³ H of 'tritium'. Dit interval is ongeveer hetzelfde als de tijd die het licht nodig heeft om een ​​afstand af te leggen die ongeveer vier keer zo groot is als de kern ⁵ H-systeem. Ondanks zijn zeer korte bestaan, we zijn nog steeds in de verleiding om te bellen ⁵ H een "kern".

De studie leverde nieuwe informatie op over hoe neutronen met elkaar kunnen interageren, en suggereerde dat de rangschikking van de neutronen in ⁵ H lijkt erg op die van een exotische isotoop van helium, ⁶ Hij, die uit twee protonen en vier neutronen bestaat. Eén proton verwijderen uit ⁶ Hij maakt het systeem onstabiel. De kenmerken van systemen die bijna puur uit neutronen bestaan, kunnen leiden tot een beter begrip van hoe verzamelingen neutronen zich gedragen in omgevingen die zo verschillend zijn als een enkele diffuse kern, een kern die enkele deeltjes bevat die niet eens neutronen of protonen zijn, of het oppervlak van een neutronenster.

Maken ⁵ H, de onderzoekers gebruikten een reactie die een enkel proton verwijderde van energetisch ⁶ De kernen geproduceerd door de National Superconducting Cyclotron Facility aan de Michigan State University reizen met 33% van de lichtsnelheid. Door de reactieproducten te analyseren, het team kon niet alleen de levensduur van de resulterende ⁵ H, maar ook de hoeveelheid energie die vrijkomt bij het ⁵ H valt uiteen. In ⁶ Hij, geavanceerde berekeningen hebben al aangetoond dat de twee van de vier neutronen samen reizen rond een strak gebonden kern bestaande uit twee protonen en de andere twee neutronen. Die berekeningen zijn niet in staat om een ​​systeem dat zo kortstondig is als ⁵ H, maar met enkele benaderingen kan een beeld van de interne structuur worden gegeven. Het bleek dat naarmate het systeem instortte, de neutronen onthouden hoe ze in het origineel waren gerangschikt ⁶ hij kern, en dat de twee die wegvliegen samen kunnen opduiken in een staat die soms een "di-neutron" wordt genoemd en die snel in twee neutronen uiteenvalt. Het werk zal helpen bij de ontwikkeling van theorieën die neutroneninteracties en de eigenschappen van zeer kortlevende nucleaire systemen beschrijven.