原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子帶正電，中子不帶電。質(zhì)子和中子之間有一種強(qiáng)相互作用，它可以抵消質(zhì)子之間的斥力，使得原子核保持穩(wěn)定。但是，強(qiáng)力的作用范圍很小，只有幾個(gè)質(zhì)子或中子的直徑，所以當(dāng)原子核的質(zhì)子或中子的數(shù)量太多或太少時(shí)，核力就不足以維持原子核的穩(wěn)定，原子核就會(huì)發(fā)生衰變，釋放出一些粒子或能量，變成另一種原子核。

原子核的質(zhì)子和中子的數(shù)量可以用兩個(gè)數(shù)字來(lái)表示，一個(gè)是原子序數(shù)Z，它是質(zhì)子的數(shù)量，另一個(gè)是質(zhì)量數(shù)A，它是質(zhì)子和中子的總和。我們可以用符號(hào)X-A來(lái)表示一種原子核，比如氫-1，氦-4，碳-12等。不同的質(zhì)子數(shù)可以組成不同的元素，比如氫的原子序數(shù)是1，氦的原子序數(shù)是2，碳的原子序數(shù)是6等。元素的化學(xué)性質(zhì)主要取決于原子序數(shù)，也就是質(zhì)子的數(shù)量，因?yàn)橘|(zhì)子決定了原子的電荷，而電荷決定了原子和其他原子的相互作用。

但是，對(duì)于同一個(gè)元素，原子核的質(zhì)量數(shù)可以有不同的取值，這些原子核叫做同位素，比如氫有三種同位素，氫-1，氫-2，氫-3，它們的原子序數(shù)都是1，但是質(zhì)量數(shù)分別是1，2，3。同位素的物理性質(zhì)主要取決于質(zhì)量數(shù)，也就是質(zhì)子和中子的比例，因?yàn)橘|(zhì)子和中子決定了原子核的質(zhì)量、能量、穩(wěn)定性等。

我們可以用一張圖來(lái)表示所有已知的原子核，這張圖叫做核素圖，它的橫軸是原子序數(shù)Z，縱軸是中子數(shù)N（質(zhì)量數(shù)A減去原子序數(shù)Z）。核圖上的每個(gè)點(diǎn)代表一種原子核。核圖上的原子核有些是穩(wěn)定的，有些是不穩(wěn)定的，不穩(wěn)定的原子核會(huì)衰變成其他的原子核，直到達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。核圖上有一條曲線，叫做貝塔穩(wěn)定線，它大致表示了質(zhì)子和中子的最佳比例，使得原子核最穩(wěn)定。核圖上的原子核如果偏離了貝塔穩(wěn)定線，就會(huì)通過(guò)發(fā)射或吸收一些粒子趨向于回到這條線上。

核圖上還有一些邊界，它們表示了原子核存在的極限。也就是說(shuō)，如果原子核超過(guò)了這些邊界，它就不再是一個(gè)原子核，而是一些散開(kāi)的粒子。這些邊界叫做核存在極限，它們有四個(gè)方向，分別是質(zhì)子極限，中子極限，質(zhì)子-中子對(duì)稱(chēng)極限，質(zhì)子-中子反對(duì)稱(chēng)極限。

質(zhì)子極限表示了原子核的最大原子序數(shù)，也就是最多可以有多少個(gè)質(zhì)子，中子極限表示了原子核的最大中子數(shù)，也就是最多可以有多少個(gè)中子，質(zhì)子-中子對(duì)稱(chēng)極限表示了原子核的最大質(zhì)量數(shù)，也就是最多可以有多少個(gè)質(zhì)子和中子的總和，質(zhì)子-中子反對(duì)稱(chēng)極限表示了原子核的最小質(zhì)量數(shù)，也就是最少可以有多少個(gè)質(zhì)子和中子的總和。這些極限都是理論上的，實(shí)際上，我們還沒(méi)有觀測(cè)到所有的原子核，所以我們不知道這些極限的確切位置，只能用一些模型來(lái)估計(jì)。

氮-9，它是一種非常罕見(jiàn)和奇特的原子核，它的原子序數(shù)是7，質(zhì)量數(shù)是9，也就是說(shuō)，它有7個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子。你可能會(huì)想，這有什么奇怪的，不就是氮的一個(gè)同位素嗎？是的，但是你要知道，氮-9是一個(gè)非常不穩(wěn)定的原子核，它的質(zhì)子和中子的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了貝塔穩(wěn)定線，它的質(zhì)子占了原子核的一半以上，它的中子太少了，核力不足以把它們粘在一起，所以它會(huì)立刻衰變，釋放出一些粒子，變成其他的原子核。

這種衰變叫做質(zhì)子發(fā)射，也就是說(shuō)，原子核會(huì)發(fā)射出一個(gè)或多個(gè)質(zhì)子，減少自己的原子序數(shù)，增加自己的穩(wěn)定性。質(zhì)子發(fā)射是一種很少見(jiàn)的衰變方式，只有一些非常質(zhì)子富的原子核才會(huì)發(fā)生。這些原子核都是在質(zhì)子極限附近的，它們的原子序數(shù)接近或等于它們的質(zhì)量數(shù)，它們的質(zhì)子和中子的比例接近或等于1。

但是，氮-9不同，它的質(zhì)子和中子的比例是3.5，它的質(zhì)子占了原子核的77%，它的原子序數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的質(zhì)量數(shù)的一半，它是一個(gè)非常質(zhì)子富的原子核，它不僅在質(zhì)子極限附近，而且在質(zhì)子-中子反對(duì)稱(chēng)極限附近，所以它是一個(gè)非常極端的原子核。它的存在時(shí)間非常短暫，當(dāng)它衰變時(shí)會(huì)發(fā)射出五個(gè)質(zhì)子，變成氦-4。氮-9是第一個(gè)已知的發(fā)射五個(gè)質(zhì)子的原子核，它是一個(gè)五質(zhì)子發(fā)射體，是一個(gè)非常特殊的原子核，可以幫助我們了解原子核的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及核存在極限的位置。

那么，氮-9是怎么產(chǎn)生的呢？它是在一個(gè)特殊的實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在日本的理化學(xué)研究所的RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science進(jìn)行的，它使用了一個(gè)強(qiáng)大的加速器，叫做RI Beam Factory，它可以產(chǎn)生高能量的重離子束，也就是一些帶電的重原子核，比如鈾-238，钚-244等。這些重離子束被加速到接近光速，然后撞擊一個(gè)靶，比如鈹-9，碳-12等。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些新的原子核，它們被稱(chēng)為核合成產(chǎn)物，它們有一些特殊的性質(zhì)，比如非常質(zhì)子富，非常中子富，非常重，非常輕等。這些核合成產(chǎn)物會(huì)被一個(gè)復(fù)雜的儀器，叫做BigRIPS，分離和鑒別，它可以根據(jù)原子核的質(zhì)量，能量，電荷，動(dòng)量等參數(shù)，把它們分成不同的類(lèi)別，然后送到不同的探測(cè)器，這些探測(cè)器可以測(cè)量原子核的衰變方式，衰變時(shí)間，衰變產(chǎn)物等信息，從而確定原子核的性質(zhì)和存在性。

氮-9就是在這樣的實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)的，它是由钚-244離子束撞擊碳-12靶產(chǎn)生的，它被BigRIPS分離出來(lái)，然后送到ZeroDegree Spectrometer，它是一個(gè)用來(lái)測(cè)量質(zhì)子發(fā)射的探測(cè)器，它由一個(gè)塑料閃爍體和一個(gè)硅微條陣列組成，它可以測(cè)量質(zhì)子發(fā)射的角度，能量，時(shí)間等信息，從而重建質(zhì)子發(fā)射的過(guò)程。在這個(gè)探測(cè)器中，氮-9被觀測(cè)到發(fā)射了五個(gè)質(zhì)子，變成了氦-4，這是一個(gè)非常罕見(jiàn)的現(xiàn)象，它證明了氮-9的存在，也證明了它是一個(gè)五質(zhì)子發(fā)射體。