能量通过一系列的过程，如传递、释放或衰变，在原子或分子系统中流动。你可以想象其中的一些细节，比如把一个球(能量)传递给另一个球(另一个粒子)。只不过，这其中传递的速度比眨眼还要快，以至于关于交换的细节还没有被很好地理解。如果能创造一个安全的泡沫，让传球不受阻碍地进行，交换将会快得多。
包括康涅狄格大学物理学教授Nora Berrah和博士后研究员、第一作者Aaron LaForge在内的科学家的一项国际合作，使用超快激光器见证了这种气泡介导的两个氦原子之间的增强。他们的研究结果发表在《物理评论X》（Physical Review X）上。
研究者使用超短脉冲激光，映射超流体氦纳米液滴随时间变化的“原子间库仑衰变”(Interatomic Coulombic Decay, ICD)，发现每个激发原子周围都形成了局部气泡，而相邻气泡的合并会将激发原子“推”到一起。这种气泡介导极大地增强了两个氦原子之间的“原子间库仑衰变”。最后，他们发现原子之间的能量转移或衰变，比先前预计的快了一个数量级——仅需400飞秒。
LaForge表示，测量原子之间的能量交换，需要几乎难以想象的快速测量。需要更短时间尺度的原因是，当你观察微观系统时，比如原子或分子，它们的运动非常快，大约在飞秒(10-15秒)的量级，这是它们移动几埃所需要的时间。”
这些测量是用一种所谓的自由电子激光来完成的，在这种激光中，电子被加速到接近光速，然后使用一组磁铁，迫使电子波动，这导致它们释放出短波长的光爆发。“有了超快的激光脉冲，你就可以对一个过程进行时间解析，从而弄清楚某些事情发生的快慢程度。”
实验的第一步是启动这个过程。他们的目标是制作一个动态的分子联构。在这种情况下，首先开始在一个氦纳米液滴中形成两个气泡。然后，使用第二个脉冲，确定了它们能够以多快的速度相互作用。
通过第二个激光脉冲，研究人员测量了气泡之间的相互作用:“在激发两个原子后，两个气泡在原子周围形成。这样，原子就可以移动并相互作用，而不必推动周围的原子或分子。”
氦纳米液滴被用作一个模型系统，因为氦是元素周期表中最简单的原子之一，LaForge解释说这是一个重要的考虑因素。尽管在一个纳米液滴中大约有一百万个氦原子，但其电子结构相对简单，而且用系统中较少的元素来解释氦原子间的相互作用也更容易阐明。
随着气泡的形成和随后的动力学过程，研究人员观察到了激发态原子之间的能量转移或衰变，这比之前预期的快了一个数量级——达到400飞秒。基于此，研究人员们将能够创造出一种测量飞秒甚至阿秒(10-18秒)时间尺度下的交互作用的方法。
研究人员观察到的过程称为“原子间库仑衰变”(Interatomic Coulombic Decay, ICD)，是原子或分子共享和传递能量的重要手段。气泡增强了这个过程，展示了环境如何改变过程发生的速度。
在微观尺度上理解能量转移的时间尺度，对于许多科学领域，如物理、化学和生物学，是至关重要的。
译/前瞻经济学人APP资讯组
参考来源：https://phys.org/news/2021-04-energy.html
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.11.021011