能量通過一係列的過程，如傳(chuan) 遞、釋放或衰變，在原子或分子係統中流動。你可以想象其中的一些細節，比如把一個(ge) 球(能量)傳(chuan) 遞給另一個(ge) 球(另一個(ge) 粒子)。隻不過，這其中傳(chuan) 遞的速度比眨眼還要快，以至於(yu) 關(guan) 於(yu) 交換的細節還沒有被很好地理解。如果能創造一個(ge) 安全的泡沫，讓傳(chuan) 球不受阻礙地進行，交換將會(hui) 快得多。

包括康涅狄格大學物理學教授Nora Berrah和博士後研究員、第一作者Aaron LaForge在內(nei) 的科學家的一項國際合作，使用超快激光器見證了這種氣泡介導的兩(liang) 個(ge) 氦原子之間的增強。他們(men) 的研究結果發表在《物理評論X》（Physical Review X）上。

研究者使用超短脈衝(chong) 激光，映射超流體(ti) 氦納米液滴隨時間變化的“原子間庫侖(lun) 衰變”(Interatomic Coulombic Decay, ICD)，發現每個(ge) 激發原子周圍都形成了局部氣泡，而相鄰氣泡的合並會(hui) 將激發原子“推”到一起。這種氣泡介導極大地增強了兩(liang) 個(ge) 氦原子之間的“原子間庫侖(lun) 衰變”。最後，他們(men) 發現原子之間的能量轉移或衰變，比先前預計的快了一個(ge) 數量級——僅(jin) 需400飛秒。

LaForge表示，測量原子之間的能量交換，需要幾乎難以想象的快速測量。需要更短時間尺度的原因是，當你觀察微觀係統時，比如原子或分子，它們(men) 的運動非常快，大約在飛秒(10*-15秒)的量級，這是它們(men) 移動幾埃所需要的時間。”

這些測量是用一種所謂的自由電子激光來完成的，在這種激光中，電子被加速到接近光速，然後使用一組磁鐵，迫使電子波動，這導致它們(men) 釋放出短波長的光爆發。“有了超快的激光脈衝(chong) ，你就可以對一個(ge) 過程進行時間解析，從(cong) 而弄清楚某些事情發生的快慢程度。”

實驗的第一步是啟動這個(ge) 過程。他們(men) 的目標是製作一個(ge) 動態的分子聯構。在這種情況下，首先開始在一個(ge) 氦納米液滴中形成兩(liang) 個(ge) 氣泡。然後，使用第二個(ge) 脈衝(chong) ，確定了它們(men) 能夠以多快的速度相互作用。

通過第二個(ge) 激光脈衝(chong) ，研究人員測量了氣泡之間的相互作用:“在激發兩(liang) 個(ge) 原子後，兩(liang) 個(ge) 氣泡在原子周圍形成。這樣，原子就可以移動並相互作用，而不必推動周圍的原子或分子。”

氦納米液滴被用作一個(ge) 模型係統，因為(wei) 氦是元素周期表中最簡單的原子之一，LaForge解釋說這是一個(ge) 重要的考慮因素。盡管在一個(ge) 納米液滴中大約有一百萬(wan) 個(ge) 氦原子，但其電子結構相對簡單，而且用係統中較少的元素來解釋氦原子間的相互作用也更容易闡明。

隨著氣泡的形成和隨後的動力學過程，研究人員觀察到了激發態原子之間的能量轉移或衰變，這比之前預期的快了一個(ge) 數量級——達到400飛秒。基於(yu) 此，研究人員們(men) 將能夠創造出一種測量飛秒甚至阿秒(10-18秒)時間尺度下的交互作用的方法。

研究人員觀察到的過程稱為(wei) “原子間庫侖(lun) 衰變”(Interatomic Coulombic Decay, ICD)，是原子或分子共享和傳(chuan) 遞能量的重要手段。氣泡增強了這個(ge) 過程，展示了環境如何改變過程發生的速度。

在微觀尺度上理解能量轉移的時間尺度，對於(yu) 許多科學領域，如物理、化學和生物學，是至關(guan) 重要的。