康涅狄格大学的埃莱娜·汉考克 信用:Unsplash/CC0公共领域 能量通过一系列过程，如转移、发射或衰变，流经原子或分子系统
你可以想象其中的一些细节，比如把一个球(能量)传递给别人(另一个粒子)，只不过传递的速度比一眨眼的时间还快，以至于关于交换的细节还没有被很好地理解
想象一下，同样的交流发生在一个繁忙的房间里，其他人撞上你，通常会使事情变得复杂并减缓进程
然后，想象一下，如果每个人都退后一步，创造一个安全的泡沫，让通行证不受阻碍地通行，那么交易会有多快
科学家的一项国际合作，包括康涅狄格大学物理学教授诺拉·伯拉和博士后研究员兼主要作者亚伦·拉福格，用超快激光见证了两个氦原子之间的这种气泡介导的增强
他们的结果现在发表在《物理评论十》上
拉福格说，测量原子间的能量交换需要几乎难以想象的快速测量
“之所以需要更短的时间尺度，是因为当你观察像原子或分子这样的微观系统时，它们的运动速度非常快，大约在飞秒(10-15秒)的数量级，也就是它们移动几埃(10-10米)所需的时间，”拉福格说
拉福格解释说，这些测量是用所谓的自由电子激光器进行的，电子被加速到接近光速，然后使用磁铁组，电子被迫波动，这导致它们释放短波长的光脉冲
拉福格说:“通过超快激光脉冲，你可以对一个过程进行时间分辨，以确定事情发生的快慢。”
拉福格说，实验的第一步是启动这个过程:“物理学家探测并扰动一个系统，以便通过快速拍摄反应来测量其反应
因此，本质上，我们的目标是制作一部动力学的分子电影
在这种情况下，我们首先开始在氦纳米液滴中形成两个气泡
然后，使用第二个脉冲，我们确定了他们能够互动的速度
" 通过第二个激光脉冲，研究人员测量了气泡是如何相互作用的:“激发两个原子后，在原子周围形成了两个气泡
这样原子就可以移动并相互作用，而不必推压周围的原子或分子，”拉福格说
学分:康涅狄格大学 氦纳米微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，拉福格解释说这是一个重要的考虑因素
尽管一个纳米液滴中大约有一百万个氦原子，但电子结构相对简单，而且用系统中更少的元素来解释相互作用也更容易
“如果你去更复杂的系统，事情会变得更复杂，相当快
例如，即使是液态水也是相当复杂的，因为分子本身内部可能存在相互作用，或者它可以与邻近的水分子相互作用，”拉福格说
随着气泡的形成和随后的动力学，研究人员观察到受激原子之间的能量转移或衰变，比以前预期的快一个数量级——快至400飞秒
起初，他们对如何解释如此快速的过程有些困惑
他们联系了理论物理学家的同事，他们可以进行最先进的模拟来更好地理解这个问题
“我们的调查结果尚不清楚，但与理论家的合作使我们能够确定并解释这一现象，”拉福格说
他指出，这项研究的一个令人兴奋的方面是，我们可以在理解这些超快过程的基础上更进一步，为新的研究铺平道路
最大的创新是能够创造一种方法来测量飞秒甚至阿秒(10-18秒)时间尺度的相互作用
“当你能进行一个相当基础的实验，而且这个实验还能应用到更复杂的东西上时，这真的很有意义，”拉佛吉说
研究人员观察到的过程被称为原子间库仑衰变(ICD)，是原子或分子共享和转移能量的重要手段
气泡强化了这一过程，展示了环境如何改变过程发生的速度
由于ICD在活组织对辐射的反应中起着重要作用——通过产生低能电子，进而对薄组织造成损伤——这些发现具有生物学意义，因为类似的气泡可能会在其他液体中形成，比如水和其他分子，比如蛋白质
理解微观尺度上能量转移的时间尺度对于许多科学领域都是至关重要的，如物理、化学和生物学
伯拉说:“最近发展起来的高强度、超快激光技术，使得时间分辨的研究具有了前所未有的细节，开辟了大量新的信息和知识。”
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