Kärnorna i atomer som finns i naturen har vanligtvis ungefär samma antal protoner och neutroner, och är stabila – det vill säga de förblir intakta för alltid. Öka obalansen mellan antalet protoner och neutroner, dock, och livslängden för en atomkärna kan minska anmärkningsvärt, ibland till att vara så kort att vi undrar om vi ens ska kalla systemet "en kärna".

Ett team av forskare studerade den mycket ovanliga och extremt kortlivade arten av väte som består av en enda proton och fyra neutroner som kallas ⁵ H ("väte fem"). Deras mål var att lära sig om system av protoner och neutroner som flyger isär nästan så snart de bildas, men lämnar ändå ett iakttagbart spår av deras flyktiga existens. Det kunde laget visa ⁵ H överlever ca 6x10 ^-23 sekunder (sextio biljoner tiondelar av en biljonedel av en sekund eller 60 "jocto-sekunder") innan två av dess fyra neutroner flyger iväg och lämnar en mindre radioaktiv kärna av väte som kallas ³ H eller "tritium". Detta intervall är ungefär detsamma som den tid det tar ljus att resa en sträcka ungefär fyra gånger kärnkraftens storlek ⁵ H system. Trots sin mycket korta existens, vi är fortfarande frestade att ringa ⁵ H en "kärna".

Studien gav ny information om hur neutroner kan interagera med varandra, och föreslog att arrangemanget av neutronerna i ⁵ H är mycket lik den hos en exotisk isotop av Helium, ⁶ Han, som består av två protoner och fyra neutroner. Tar bort en proton från ⁶ Han gör systemet instabilt. Egenskaperna hos system som nästan helt består av neutroner kan leda till en bättre förståelse för hur samlingar av neutroner beter sig i så olika miljöer som en enda diffus kärna, en kärna som innehåller några partiklar som inte ens är neutroner eller protoner, eller ytan av en neutronstjärna.

Att göra ⁵ H, forskarna använde en reaktion som tog bort en enda proton från energisk ⁶ Han kärnor som produceras av National Superconducting Cyclotron Facility vid Michigan State University och reser med 33% av ljusets hastighet. Genom att analysera reaktionsprodukterna, laget kunde inte bara bestämma livslängden för resultatet ⁵ H, men också mängden energi som släpps ut när ⁵ H sönderfaller. I ⁶ Han, sofistikerade beräkningar har redan visat att de två av de fyra neutronerna reser tillsammans runt en tätt bunden kärna som består av två protoner och de andra två neutronerna. Dessa beräkningar kan inte helt beskriva ett system som är lika kortlivat som ⁵ H, men med vissa approximationer kan börja ge en bild av dess inre struktur. Det visade sig att när systemet går sönder, neutronerna behåller ett minne om hur de var arrangerade i originalet ⁶ Han kärna, och att de två som flyger iväg kan dyka upp tillsammans i ett tillstånd som ibland kallas en "di-neutron" som snabbt separeras i två neutroner. Arbetet kommer att hjälpa till att vägleda utvecklingen av teorier som beskriver neutroninteraktioner och egenskaperna hos mycket kortlivade kärnsystem.