I nuclei degli atomi che si trovano in natura hanno tipicamente circa lo stesso numero di protoni e neutroni, e sono stabili, cioè rimangono intatti per sempre. Aumentare lo squilibrio tra il numero di protoni e neutroni, però, e la vita di un nucleo atomico può diminuire notevolmente, a volte per essere così brevi che ci chiediamo se dovremmo anche chiamare il sistema "un nucleo".

Un team di ricercatori ha studiato la specie molto insolita ed estremamente breve di idrogeno costituita da un singolo protone e quattro neutroni noti come ⁵ H ("idrogeno cinque"). Il loro scopo era quello di conoscere i sistemi di protoni e neutroni che si separano non appena si formano, ma nondimeno lasciano una traccia osservabile della loro fugace esistenza. La squadra è stata in grado di dimostrarlo ⁵ H sopravvive per circa 6x10 ^-23 secondi (sessanta trilionesimi di trilionesimo di secondo o 60 "yocto-secondi") prima che due dei suoi quattro neutroni volino via lasciando un nucleo radioattivo di idrogeno più piccolo noto come ³ H o "trizio". Questo intervallo è approssimativamente lo stesso del tempo impiegato dalla luce per percorrere una distanza circa quattro volte la dimensione del nucleare ⁵ sistema H. Nonostante la sua brevissima esistenza, siamo ancora tentati di chiamare ⁵ H un "nucleo".

Lo studio ha fornito nuove informazioni su come i neutroni possono interagire tra loro, e suggerì che la disposizione dei neutroni in ⁵ H è molto simile a quello di un isotopo esotico dell'elio, ⁶ Lui, che consiste di due protoni e quattro neutroni. Rimozione di un protone da ⁶ Rende il sistema instabile. Le caratteristiche di sistemi quasi puramente costituiti da neutroni possono portare a una migliore comprensione di come si comportano le raccolte di neutroni in ambienti tanto diversi quanto un singolo nucleo diffuso, un nucleo che contiene delle particelle che non sono nemmeno neutroni o protoni, o la superficie di una stella di neutroni.

Produrre ⁵ H, i ricercatori hanno utilizzato una reazione che ha rimosso un singolo protone dall'energia ⁶ I nuclei prodotti dalla National Superconducting Cyclotron Facility presso la Michigan State University viaggiano al 33% della velocità della luce. Analizzando i prodotti di reazione, la squadra potrebbe determinare non solo la durata della risultante ⁵ H, ma anche la quantità di energia rilasciata quando il ⁵ H si disintegra. In ⁶ Lui, calcoli sofisticati hanno già dimostrato che i due dei quattro neutroni viaggiano insieme attorno a un nucleo strettamente legato composto da due protoni e gli altri due neutroni. Questi calcoli non sono in grado di descrivere completamente un sistema di breve durata come ⁵ H, ma con qualche approssimazione può cominciare a dare un quadro della sua struttura interna. Si è scoperto che quando il sistema si rompe, i neutroni conservano un ricordo di come erano disposti nell'originale ⁶ lui nucleo, e che i due che volano via possono emergere insieme in uno stato talvolta chiamato "di-neutrone" che si separa rapidamente in due neutroni. Il lavoro aiuterà a guidare lo sviluppo di teorie che descrivono le interazioni dei neutroni e le proprietà dei sistemi nucleari di vita molto breve.