Los núcleos de átomos que se encuentran en la naturaleza suelen tener aproximadamente la misma cantidad de protones y neutrones, y son estables, es decir, permanecen intactos para siempre. Aumentar el desequilibrio entre la cantidad de protones y neutrones, sin embargo, y la vida útil de un núcleo atómico puede disminuir notablemente, a veces a ser tan cortos que nos preguntamos si deberíamos llamar al sistema "un núcleo".

Un equipo de investigadores estudió la especie de hidrógeno muy inusual y de vida extremadamente corta que consta de un solo protón y cuatro neutrones conocidos como ⁵ H ("hidrógeno cinco"). Su objetivo era aprender sobre los sistemas de protones y neutrones que se separan casi tan pronto como se forman. pero, no obstante, dejan un rastro observable de su fugaz existencia. El equipo pudo demostrar que ⁵ H sobrevive alrededor de 6x10 ^-23 segundos (sesenta billonésimas de billonésima de segundo o 60 "yocto-segundos") antes de que dos de sus cuatro neutrones vuelen dejando un núcleo radiactivo más pequeño de hidrógeno conocido como ³ H o "tritio". Este intervalo es aproximadamente el mismo que el tiempo que le toma a la luz viajar una distancia aproximadamente cuatro veces el tamaño de la energía nuclear. ⁵ Sistema H. A pesar de su muy breve existencia, todavía estamos tentados a llamar ⁵ H un "núcleo".

El estudio proporcionó nueva información sobre cómo los neutrones pueden interactuar entre sí, y sugirió que la disposición de los neutrones en ⁵ H es muy similar al de un isótopo exótico de helio, ⁶ Él, que consta de dos protones y cuatro neutrones. Quitar un protón de ⁶ Hace que el sistema sea inestable. Las características de los sistemas que están compuestos casi exclusivamente por neutrones pueden conducir a una mejor comprensión de cómo se comportan las colecciones de neutrones en entornos tan diferentes como un único núcleo difuso. un núcleo que contiene algunas partículas que ni siquiera son neutrones o protones, o la superficie de una estrella de neutrones.

Para hacer ⁵ H los investigadores utilizaron una reacción que eliminó un solo protón de la energía ⁶ Los núcleos producidos por la Instalación Nacional de Ciclotrones Superconductores de la Universidad Estatal de Michigan viajan al 33% de la velocidad de la luz. Analizando los productos de reacción, el equipo podría determinar no solo la vida útil del resultado ⁵ H sino también la cantidad de energía liberada cuando el ⁵ H se desintegra. En ⁶ Él, Cálculos sofisticados ya han demostrado que los dos de los cuatro neutrones viajan juntos alrededor de un núcleo fuertemente unido formado por dos protones y los otros dos neutrones. Esos cálculos no pueden describir completamente un sistema que es tan efímero como ⁵ H pero con algunas aproximaciones se puede empezar a dar una imagen de su estructura interna. Se descubrió que a medida que el sistema se rompe, los neutrones conservan un recuerdo de cómo se organizaron en el original ⁶ El núcleo, y que los dos que vuelan pueden emerger juntos en un estado a veces llamado "dineutrón" que se separa rápidamente en dos neutrones. El trabajo ayudará a orientar el desarrollo de teorías que describen las interacciones de neutrones y las propiedades de sistemas nucleares de muy corta duración.