能量透過一系列的過程，如傳遞、釋放或衰變，在原子或分子系統中流動。你可以想象其中的一些細節，比如把一個球（能量）傳遞給另一個球（另一個粒子）。只不過，這其中傳遞的速度比眨眼還要快，以至於關於交換的細節還沒有被很好地理解。如果能創造一個安全的泡沫，讓傳球不受阻礙地進行，交換將會快得多。

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在內的科學家的一項國際合作，使用超快鐳射器見證了這種氣泡介導的兩個氦原子之間的增強。他們的研究結果發表在《物理評論X》（Physical Review X）上。

研究者使用超短脈衝鐳射，對映超流體氦奈米液滴隨時間變化的“原子間庫侖衰變”（Interatomic Coulombic Decay， ICD），發現每個激發原子周圍都形成了區域性氣泡，而相鄰氣泡的合併會將激發原子“推”到一起。這種氣泡介導極大地增強了兩個氦原子之間的“原子間庫侖衰變”。最後，他們發現原子之間的能量轉移或衰變，比先前預計的快了一個數量級——僅需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，當你觀察微觀系統時，比如原子或分子，它們的運動非常快，大約在飛秒（10*-15秒）的量級，這是它們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鐳射來完成的，在這種鐳射中，電子被加速到接近光速，然後使用一組磁鐵，迫使電子波動，這導致它們釋放出短波長的光爆發。“有了超快的鐳射脈衝，你就可以對一個過程進行時間解析，從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過程。他們的目標是製作一個動態的分子聯構。在這種情況下，首先開始在一個氦奈米液滴中形成兩個氣泡。然後，使用第二個脈衝，確定了它們能夠以多快的速度相互作用。

透過第二個鐳射脈衝，研究人員測量了氣泡之間的相互作用：“在激發兩個原子後，兩個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。”

氦奈米液滴被用作一個模型系統，因為氦是元素週期表中最簡單的原子之一，LaForge解釋說這是一個重要的考慮因素。儘管在一個奈米液滴中大約有一百萬個氦原子，但其電子結構相對簡單，而且用系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數量級——達到400飛秒。基於此，研究人員們將能夠創造出一種測量飛秒甚至阿秒（10-18秒）時間尺度下的互動作用的方法。

研究人員觀察到的過程稱為“原子間庫侖衰變”（Interatomic Coulombic Decay， ICD），是原子或分子共享和傳遞能量的重要手段。氣泡增強了這個過程，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，對於許多科學領域，如物理、化學和生物學，是至關重要的。