わずか400フェムト秒！ 原子間のエネルギー伝達は大幅に加速されます：隣接する気泡の融合が原子を一緒に押します

エネルギーは、伝達、放出、減衰などの一連のプロセスを通じて、原子または分子システムを流れます。 あるボール（エネルギー）を別のボール（別の粒子）に移すなど、細部のいくつかを想像することができます。 まばたきよりも送信速度が速いだけなので、交換の詳細はよくわかっていません。 安全なバブルを作成し、パスを妨げずに通過させることができれば、交換ははるかに高速になります。

コネチカット大学の物理学教授であり、ポスドク研究者であり筆頭著者であるアーロンラフォルジュを含む科学者の国際協力は、超高速レーザーを使用して、2つのヘリウム原子間のこの気泡媒介増強を目撃しました。彼らの研究成果は「PhysicalReviewX」に掲載されました。

わずか400フェムト秒！原子間のエネルギー伝達は大幅に加速されます：隣接する気泡の融合が原子を一緒に押します
研究者らは、超短パルスレーザーを使用して、超流動ヘリウムナノ液滴の「原子間クーロン崩壊」（ICD）を経時的にマッピングし、各励起原子の周囲に局所泡が形成されていることを発見しました。このバブルメディエーションは、2つのヘリウム原子間の「原子間クーロン崩壊」を大幅に強化します。結局、彼らは、原子間のエネルギー移動または減衰が、以前に予想されていたよりも1桁速く、わずか400フェムト秒であることを発見しました。



LaForgeは、原子間のエネルギー交換を測定するには、ほとんど想像を絶する高速測定が必要であると述べました。時間スケールが短い理由は、原子や分子などの微視的なシステムを観察すると、フェムト秒（10 * -15秒）のオーダーで非常に速く移動するためです。これは、数オングストロームを移動するために必要なものです。時間。 「」



これらの測定は、いわゆる自由電子レーザーを使用して行われます。このレーザーでは、電子が光速に近づくまで加速され、磁石のセットを使用して電子が強制的に波動し、短波長の光が放出されます。バースト。 「超高速レーザーパルスを使用すると、プロセスを時間分析して、特定のことがどのくらいの速さで発生するかを把握できます。」



実験の最初のステップは、プロセスを開始することです。彼らの目標は、動的な分子結合を作ることです。この場合、最初にヘリウムナノドロップで2つの気泡を形成し始めます。次に、2番目のパルスを使用して、それらがどれだけ速く相互作用できるかを決定しました。



2番目のレーザーパルスで、研究者は気泡間の相互作用を測定しました。「2つの原子を励起した後、原子の周りに2つの気泡が形成されます。このようにして、原子は周囲の原子や分子を押すことなく移動して相互作用できます。 。」



ヘリウムは周期表で最も単純な原子の1つであるため、モデルシステムとしてヘリウムナノドロップが使用されます。これは、LaForgeが重要な考慮事項であると説明しています。ナノ液滴には約100万個のヘリウム原子がありますが、その電子構造は比較的単純であり、システム内のより少ない元素でヘリウム原子間の相互作用を説明するのは簡単です。



気泡の形成とそれに続くダイナミクスにより、研究者らは励起された原子間のエネルギー移動または減衰を観察しました。これは、以前に予想されていたよりも1桁速く、400フェムト秒に達しました。これに基づいて、研究者はフェムト秒またはアト秒（10〜18秒）の時間スケールで相互作用を測定する方法を作成できるようになります。



研究者によって観察されたプロセスは「原子間クーロン崩壊」（ICD）と呼ばれ、これは原子または分子がエネルギーを共有および伝達するための重要な手段です。泡はこのプロセスを強化し、環境がプロセスの発生速度をどのように変化させるかを示します。



微視的スケールでのエネルギー伝達の時間スケールを理解することは、物理学、化学、生物学などの多くの科学分野にとって非常に重要です。