超高速激光实验发现原子周围形成的气泡可加速能量传递

用超高速激光进行的实验表明，在原子周围形成的气泡可以加速能量的传递。这些发现可以帮助进一步了解活体组织对辐射照射的反应。能量通过一系列过程在原子或分子系统中流动，如转移、发射或衰变。你可以把其中的一些细节形象化，就像把一个球（能量）传给别人（另一个粒子），只不过传球的速度比眨眼还快，快到关于交换的细节都不太了解。

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想象一下，同样的交换发生在一个繁忙的房间里，其他人撞到你，通常会使传递变得复杂和缓慢。然后，想象一下，如果每个人都退后一步，创造一个安全的气泡，让交流不受阻碍地进行，那么交流的速度会快多少。

由康涅狄格大学物理学教授诺拉·贝拉（Nora Berrah）和博士后研究员及主要作者亚伦·拉弗格（Aaron LaForge）带领的国际科学团队，使用超快激光见证了这种气泡介导的两个氦原子之间的增强。他们的结果现在发表在《Physical Review X》上。

LaForge 说，测量原子之间的能量交换需要几乎无法想象的快速测量。LaForge 说：“需要更短的时间尺度的原因是，当你看微观系统，如原子或分子，它们的运动是非常快的，大约是飞秒（10-15秒）的数量级，这是它们移动几个埃（10-10米）的时间”。

LaForge 解释说，这些测量是通过所谓的自由电子激光器进行的，其中电子被加速到接近光速，然后使用几组磁铁，电子被迫起伏，这导致它们释放短波长的光。LaForge 说：“通过超快的激光脉冲，你可以对一个过程进行时间解析，以弄清某些东西发生的速度有多快或多慢”。

实验的第一步是启动这个过程，LaForge 说：“物理学家探测和扰动一个系统，以便通过拍摄反应的快速快照来测量其反应。因此，从本质上讲，我们的目的是制作一部动态的分子电影。在这种情况下，我们首先在一个氦气纳米液滴中启动了两个气泡的形成。然后，使用第二个脉冲，我们确定了它们能够相互作用的速度”。

通过第二个激光脉冲，研究人员测量了气泡的互动情况：在激发两个原子后，在原子周围形成了两个气泡。然后，原子可以移动并相互作用，而不必推到周围的原子或分子。

氦气纳米液滴被用作模型系统，因为氦气是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。尽管在一个纳米液滴内有大约一百万个氦原子，但其电子结构相对简单，而且系统中需要考虑的元素较少，相互作用也更容易阐明。

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