La siguiente expresión coincide con un número, opcionalmente con decimales, conservando el signo negativo (si lo hubiese):
(?:- *)?\d+(?:\.\d+)?
Luego, para obtener todas las coincidencias, recorremos la colección devuelta por Regex.Matches.
Código
using System.Text.RegularExpressions;
string patron = @"(?:- *)?\d+(?:\.\d+)?";
string operacion = "(2/3x^2/3) * (1/4X^-1/2)";
Regex regex = new Regex(patron);
foreach (Match m in regex.Matches(operacion))
{
Console.WriteLine("Número: {0}", m.Value);
}
Resultado
Número: 2
Número: 3
Número: 2
Número: 3
Número: 1
Número: 4
Número: -1
Número: 2
Demo