氮-9：第一個已知的發射五個質子的原子核
原子核是由質子和中子組成的，質子帶正電，中子不帶電。質子和中子之間有一種強相互作用，它可以抵消質子之間的斥力，使得原子覈保持穩定。但是，強力的作用範圍很小，只有幾個質子或中子的直徑，所以當原子核的質子或中子的數量太多或太少時，核力就不足以維持原子核的穩定，原子核就會發生衰變，釋放出一些粒子或能量，變成另一種原子核。
原子核的質子和中子的數量可以用兩個數字來表示，一個是原子序數Z，它是質子的數量，另一個是質量數A，它是質子和中子的總和。我們可以用符號X-A來表示一種原子核，比如氫-1，氦-4，碳-12等。不同的質子數可以組成不同的元素，比如氫的原子序數是1，氦的原子序數是2，碳的原子序數是6等。元素的化學性質主要取決於原子序數，也就是質子的數量，因爲質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，對於同一個元素，原子核的質量數可以有不同的取值，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，它們的原子序數都是1，但是質量數分別是1，2，3。同位素的物理性質主要取決於質量數，也就是質子和中子的比例，因爲質子和中子決定了原子核的質量、能量、穩定性等。
我們可以用一張圖來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Z，縱軸是中子數N（質量數A減去原子序數Z）。核圖上的每個點代表一種原子核。核圖上的原子核有些是穩定的，有些是不穩定的，不穩定的原子核會衰變成其他的原子核，直到達到穩定的狀態。核圖上有一條曲線，叫做貝塔穩定線，它大致表示了質子和中子的最佳比例，使得原子核最穩定。核圖上的原子核如果偏離了貝塔穩定線，就會通過發射或吸收一些粒子趨向於回到這條線上。
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，如果原子核超過了這些邊界，它就不再是一個原子核，而是一些散開的粒子。這些邊界叫做核存在極限，它們有四個方向，分別是質子極限，中子極限，質子-中子對稱極限，質子-中子反對稱極限。
質子極限表示了原子核的最大原子序數，也就是最多可以有多少個質子，中子極限表示了原子核的最大中子數，也就是最多可以有多少箇中子，質子-中子對稱極限表示了原子核的最大質量數，也就是最多可以有多少個質子和中子的總和，質子-中子反對稱極限表示了原子核的最小質量數，也就是最少可以有多少個質子和中子的總和。這些極限都是理論上的，實際上，我們還沒有觀測到所有的原子核，所以我們不知道這些極限的確切位置，只能用一些模型來估計。
氮-9，它是一種非常罕見和奇特的原子核，它的原子序數是7，質量數是9，也就是說，它有7個質子和2箇中子。你可能會想，這有什麼奇怪的，不就是氮的一個同位素嗎？是的，但是你要知道，氮-9是一個非常不穩定的原子核，它的質子和中子的比例遠遠偏離了貝塔穩定線，它的質子佔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。
這種衰變叫做質子發射，也就是說，原子核會發射出一個或多個質子，減少自己的原子序數，增加自己的穩定性。質子發射是一種很少見的衰變方式，只有一些非常質子富的原子核纔會發生。這些原子核都是在質子極限附近的，它們的原子序數接近或等於它們的質量數，它們的質子和中子的比例接近或等於1。
但是，氮-9不同，它的質子和中子的比例是3.5，它的質子佔了原子核的77%，它的原子序數遠遠大於它的質量數的一半，它是一個非常質子富的原子核，它不僅在質子極限附近，而且在質子-中子反對稱極限附近，所以它是一個非常極端的原子核。它的存在時間非常短暫，當它衰變時會發射出五個質子，變成氦-4。氮-9是第一個已知的發射五個質子的原子核，它是一個五質子發射體，是一個非常特殊的原子核，可以幫助我們瞭解原子核的結構和性質，以及核存在極限的位置。
那麼，氮-9是怎麼產生的呢？它是在一個特殊的實驗中產生的，這個實驗是在日本的理化學研究所的RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science進行的，它使用了一個強大的加速器，叫做RI Beam Factory，它可以產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，鈈-244等。這些重離子束被加速到接近光速，然後撞擊一個靶，比如鈹-9，碳-12等。在這個過程中，會產生一些新的原子核，它們被稱爲核合成產物，它們有一些特殊的性質，比如非常質子富，非常中子富，非常重，非常輕等。這些核合成產物會被一個複雜的儀器，叫做BigRIPS，分離和鑑別，它可以根據原子核的質量，能量，電荷，動量等參數，把它們分成不同的類別，然後送到不同的探測器，這些探測器可以測量原子核的衰變方式，衰變時間，衰變產物等信息，從而確定原子核的性質和存在性。
氮-9就是在這樣的實驗中被發現的，它是由鈈-244離子束撞擊碳-12靶產生的，它被BigRIPS分離出來，然後送到ZeroDegree Spectrometer，它是一個用來測量質子發射的探測器，它由一個塑料閃爍體和一個硅微條陣列組成，它可以測量質子發射的角度，能量，時間等信息，從而重建質子發射的過程。在這個探測器中，氮-9被觀測到發射了五個質子，變成了氦-4，這是一個非常罕見的現象，它證明了氮-9的存在，也證明了它是一個五質子發射體。