Свет — мое призвание - [34]

Другой метод установления природы элементарных излучателей, предложенный С. И. Вавиловым в 1940 году, основан на сравнении степени поляризации свечения элементарных излучателей неодинаковой природы. Теоретические расчеты позволили установить зависимость степени поляризации свечения от углов наблюдения и углов, определяющих направление колебаний возбуждающего линейно-поляризованного света, если поглощающие и излучающие системы являются электрическими диполями, квадруполями или их комбинациями.

Для всех этих случаев Вавилов расчетным путем получил кривые, характеризующие зависимости степени поляризации люминесценции от упомянутых углов. Эти кривые он назвал поляризационными диаграммами. Метод поляризационных диаграмм оказался очень плодотворным. Он успешно использовался многими исследователями, с его помощью была установлена природа элементарных излучателей у молекул ряда люминесцирующих веществ в растворах и в молекулярных кристаллах.

Большое внимание С. И. Вавилов уделял изучению и длительности послесвечения молекул. Его первая работа в этой области была выполнена совместно с В. Л. Левшиным в 1925 году. Она была посвящена исследованию соотношения между флуоресценцией и фосфоресценцией в твердых и жидких средах.

Деление явлений люминесценции на флуоресценцию и фосфоресценцию достаточно условно. Флуоресценцией обычно называют кратковременные процессы свечения, мгновенно затухающие после прекращения возбуждения, под фосфоресценцией понимают процессы длительного послесвечения, продолжающиеся заметное время после прекращения возбуждения.

Было известно, что многие красители, помещенные в вязкие среды, например в желатиновые пленки или замороженные растворы, обнаруживают длительное послесвечение, тогда как в незамороженных растворах их свечение успевает полностью затухнуть в миллиардные доли секунды. Долгое время в науке господствовала точка зрения немецкого физика Эгона Альфреда Иозефа Видемана, согласно которой переход от кратковременного послесвечения (флуоресценции) к длительному послесвечению (фосфоресценции) вызван изменением вязкости растворителя и происходит постепенно, по мере ее возрастания.

Для проверки этих представлений Вавилов и Левшин построили два оригинальных прибора-фосфороскопа, предназначенных для измерения длительности послесвечения малой продолжительности. Один из них представлял остроумную модификацию известного однодискового фосфороскопа французского физика Беккереля. Он позволял измерять длительность послесвечения в широком временном диапазоне — от 10e-2 до 4*10e-5 секунды. Еще интереснее был второй импульсный электрический фосфороскоп с вращающимся зеркалом, предназначенный для измерения более кратковременных процессов, протекающих во временном диапазоне от 10e-4 до 10e-6 секунды. Этот прибор демонстрировал значительный шаг вперед в технике фосфороскопических наблюдений.

Возбуждение свечения осуществлялось конденсированным электрическим разрядом трех параллельно включенных конденсаторов (лейденских банок). Разряд продолжался не более 10e-6 секунды. Свечение развертывалось во времени с помощью вращающегося зеркала, скорость вращения которого не превышала 25 оборотов в секунду. Измерение интенсивности свечения развертки в разных участках велось фотографическим путем.

С помощью своих фосфороскопов Вавилов и Левшин исследовали послесвечение ряда красителей в таких вязких средах, как касторовое масло, густой сахарный сироп, желатиновое желе, раствор целлулоида в ацетоне. Они доказали, что предполагаемого Видеманом постепенного перехода от кратковременного послесвечения к длительному не существует. Каждый из этих процессов развивается независимо, а фосфоресценция возникает лишь в твердых телах или в очень вязких жидкостях.

В дальнейшем было показано, что возникновение длительного послесвечения обусловлено тем, что исследуемые молекулы, находящиеся в жестких средах, переходят в особые возбужденные, так называемые метастабильные состояния, причем непосредственное возвращение возбужденных молекул в невозбужденное состояние является запрещенным процессом. Пребывание возбужденных молекул на метастабильных уровнях сильно увеличивает длительность послесвечения.

Исследователи обнаружили, что многие красители дают яркое длительное послесвечение в сахарных леденцах (сахарных фосфорах). С этой поры сахарные среды начали широко применять при изучении процессов фосфоресценции у сложных органических молекул.

Исследование С. И. Вавилова и В. Л. Левшина заложило основы нового направления в оптике — спектроскопии триплетного (метастабильного) состояния молекул. Оно привлекло внимание многих отечественных и зарубежных ученых.

Вскоре после завершения описанного исследования Сергей Иванович поехал в научную командировку в Германию. В течение полугода он работал в Берлинском университете в лаборатории профессора Петера Прингсгейма. Еще в Москве Вавилов продумал план дальнейшего изучения процессов длительного послесвечения у сложных органических молекул. Он в полной мере воспользовался экспериментальными возможностями лаборатории Прингсгейма, которая была оснащена значительно лучше, чем его лаборатория.