Les noyaux des atomes trouvés dans la nature ont généralement à peu près le même nombre de protons et de neutrons, et sont stables, c'est-à-dire qu'ils restent intacts pour toujours. Augmenter le déséquilibre entre les nombres de protons et de neutrons, cependant, et la durée de vie d'un noyau atomique peut diminuer considérablement, parfois à être si court que nous nous demandons si nous devrions même appeler le système "un noyau".

Une équipe de chercheurs a étudié l'espèce d'hydrogène très inhabituelle et à durée de vie extrêmement courte constituée d'un seul proton et de quatre neutrons appelés ⁵ H ("hydrogène cinq"). Leur objectif était d'en apprendre davantage sur les systèmes de protons et de neutrons qui se séparent presque aussitôt qu'ils sont formés, mais laissent néanmoins une trace observable de leur existence éphémère. L'équipe a pu montrer que ⁵ H survit environ 6x10 ^-23 secondes (soixante trillionièmes de trillionième de seconde ou 60 "yocto-secondes") avant que deux de ses quatre neutrons s'envolent en laissant un plus petit noyau radioactif d'hydrogène connu sous le nom de ³ H ou "tritium". Cet intervalle est à peu près le même que le temps qu'il faut à la lumière pour parcourir une distance environ quatre fois la taille du noyau nucléaire. ⁵ système H. Malgré sa très brève existence, nous sommes encore tentés d'appeler ⁵ H un "noyau".

L'étude a fourni de nouvelles informations sur la façon dont les neutrons peuvent interagir les uns avec les autres, et a suggéré que l'arrangement des neutrons dans ⁵ H est très similaire à celui d'un isotope exotique de l'hélium, ⁶ Il, qui se compose de deux protons et quatre neutrons. Retirer un proton de ⁶ Il rend le système instable. Les caractéristiques des systèmes presque uniquement constitués de neutrons peuvent conduire à une meilleure compréhension du comportement des collections de neutrons dans des environnements aussi différents qu'un seul noyau diffus, un noyau qui contient des particules qui ne sont même pas des neutrons ou des protons, ou la surface d'une étoile à neutrons.

Faire ⁵ H, les chercheurs ont utilisé une réaction qui a retiré un seul proton de l'énergie ⁶ Les noyaux produits par le National Superconducting Cyclotron Facility de la Michigan State University voyagent à 33 % de la vitesse de la lumière. En analysant les produits de la réaction, l'équipe a pu déterminer non seulement la durée de vie des ⁵ H, mais aussi la quantité d'énergie libérée lorsque le ⁵ H se désintègre. Dans ⁶ Il, des calculs sophistiqués ont déjà montré que les deux des quatre neutrons voyagent ensemble autour d'un noyau étroitement lié composé de deux protons et des deux autres neutrons. Ces calculs sont incapables de décrire pleinement un système aussi éphémère que ⁵ H, mais avec quelques approximations peut commencer à donner une image de sa structure interne. Il a été constaté qu'à mesure que le système s'effondre, les neutrons conservent une mémoire de la façon dont ils ont été arrangés dans l'original ⁶ Il noyau, et que les deux qui s'envolent peuvent émerger ensemble dans un état parfois appelé "di-neutron" qui se sépare rapidement en deux neutrons. Les travaux aideront à orienter l'élaboration de théories décrivant les interactions neutroniques et les propriétés des systèmes nucléaires à très courte durée de vie.