​Une expérience utilisant le laser à électrons libres FERMI à Trieste (Italie), à laquelle contribuait le CEA-Iramis, a mis en évidence, pour la première fois, le couplage cohérent d'un atome et d'un champ électromagnétique dans l'extrême ultraviolet (UVX). Dans cette configuration, un atome en interaction avec un champ électromagnétique intense, accordé sur la résonance entre deux états électroniques, peut être décrit comme étant « habillé de photons » : l'état excité se dédouble et des oscillations entre l'occupation des deux états du système (dites de Rabi) apparaissent.

Les chercheurs ont renouvelé cette expérience en bombardant des atomes d'hélium avec des impulsions UV-X femtoseconde (fs) très intenses (10 térawatts/cm²) provenant toujours du laser à électrons libres de Trieste, « ensemencé » cette fois avec un faisceau laser à impulsions ultra-brèves (leur longueur d'onde est accordée sur une des transitions électroniques de l'ion H+). Un premier photon UV-X de l'impulsion laser (d'énergie 40,8 eV) peut ainsi ioniser un atome d'hélium neutre, tandis qu'un second photon de la même impulsion peut être absorbé par le cœur ionique He⁺.

Deux situations selon l'intensité des impulsions laser

• À basse intensité, l'ion d'hélium résiduel n'est pas « habillé » par les photons de l'impulsion UV-X. Les spectres de photoélectrons montrent alors que l'énergie cinétique du photoélectron croît de manière monotone avec l'énergie du photon, en accord avec l'équation de l'effet photoélectrique d'Einstein.
• À plus haute intensité, il apparaît sur les spectres de photoélectrons un dédoublement ainsi qu'un croisement autour de l'énergie correspondant à la transition électronique résonante et pour laquelle l'ion « habillé » subi des oscillations de Rabi.

Ainsi, pour les plus fortes intensités permises par le laser à électrons libres, l'ion « habillé » de photons et le photoélectron émis sont intriqués par le biais du champ laser intense appliqué. 

"Cette intrication quantique subsiste le temps de l'impulsion : même si le photoélectron a eu le temps en 20 fs de s'éloigner de 200 nm de l'ion, la mesure de son spectre contient de l'information sur l'état quantique de l'ion (habillé ou non) au moment de son ionisation", indique Catalin Miron, chercheur au CEA-Iramis et co-directeur du PEPR Luma.​​

Cette interprétation est confirmée par des modèles analytiques qui précisent que l'intrication n'est pas « instantanée », mais requiert un délai voisin de 20 fs (de l'ordre d'un cycle de Rabi).