Lawrence Bragg

Tidlige årRediger

Bragg blev født i Adelaide i Sydaustralien som søn af Sir William Henry Bragg (1862-1942), professor i matematik og fysik ved University of Adelaide, og Gwendoline (1869-1929), datter af Sir Charles Todd, statsastronom i Sydaustralien.

Han viste tidligt interesse for videnskab og matematik. Kort efter skolestart faldt han af sin trehjulede cykel og brækkede sin arm. Hans far, som havde læst om Røntgens eksperimenter i Europa og udførte sine egne eksperimenter, brugte de nyligt opdagede røntgenstråler og sit eksperimentelle udstyr til at undersøge den brækkede arm. Dette er den første registrerede kirurgiske brug af røntgenstråler i Australien.

I 1900 var Bragg elev på Queen’s School i North Adelaide, efterfulgt af fem år på St Peter’s College i Adelaide. Han gik på University of Adelaide som 16-årig for at studere matematik, kemi og fysik og dimitterede i 1908. Samme år accepterede hans far Cavendish-lektoratet i fysik ved universitetet i Leeds og bragte familien til England. Bragg blev optaget på Trinity College i Cambridge i efteråret 1909 og modtog et stort stipendium i matematik, selv om han tog eksamen, mens han lå i sengen med lungebetændelse. Efter at han i begyndelsen havde udmærket sig i matematik, overgik han i de senere år af sine studier til fysikstudiet og dimitterede med første klasses udmærkelse i 1911. I 1914 blev Bragg valgt til et Fellowship på Trinity College – et Fellowship på et Cambridge College indebærer, at man skal aflevere og forsvare en afhandling.

En af Braggs andre interesser var at samle skaller; hans personlige samling omfattede omkring 500 arter, alle personligt indsamlet fra Sydaustralien. Han opdagede en ny art af blæksprutter – Sepia braggi, opkaldt efter ham af Joseph Verco.

KarriereEdit

Røntgenstråler og Bragg-ligningenEdit

Sammensætningen af røntgenstråler var ukendt, hans far hævdede, at røntgenstråler er strømme af partikler, andre hævdede, at de er bølger. Max von Laue rettede en røntgenstråle mod en krystal foran en fotografisk plade; ved siden af det sted, hvor strålen ramte, var der yderligere pletter fra afbøjede stråler – derfor er røntgenstråler bølger. I 1912 fik W. L. Bragg som første års forskerstuderende i Cambridge, mens han gik en tur ved floden, den indsigt, at krystaller, der var lavet af parallelle lag af atomer, ikke ville diffraktere røntgenstråler, der ramte deres overflade i de fleste vinkler, fordi røntgenstråler, der blev afbøjet ved kollisioner med atomerne, ville være ude af fase og ophæve hinanden. Men når røntgenstrålen ramte i en vinkel, hvor afstandene mellem atomarpladerne i krystallen var lig med røntgenstrålens bølgelængde, ville de afbøjede stråler være i fase og give en plet på en nærliggende film. Ud fra denne indsigt skrev han den simple Bragg-ligning, der relaterer røntgenstrålens bølgelængde og afstanden mellem atomarpladerne i en simpel krystal til de vinkler, hvor en indfaldende røntgenstråle ville blive reflekteret.

Hans far byggede et apparat, hvor en krystal kunne drejes til præcise vinkler, mens man målte energien af refleksioner. Dette gjorde det muligt for far og søn at måle afstandene mellem atomarpladerne i en række simple krystaller. De beregnede atomernes afstand ud fra krystallens vægt og Avogadro-konstanten, hvilket gjorde det muligt for dem at måle bølgelængderne af de røntgenstråler, der blev produceret af forskellige metalliske mål i røntgenrørene. W. H. Bragg rapporterede deres resultater på møder og i en artikel, hvor han gav kredit til “sin søn” (unavngiven) for ligningen, men ikke som medforfatter, hvilket gav hans søn “nogle hjertesorger”, som han aldrig overvandt.

Arbejde med lydafstandsmålingRediger

Bragg blev tidligt under 1. verdenskrig indsat i Royal Horse Artillery som sekondløjtnant i Leicestershire-batteriet. I 1915 blev han udstationeret til Royal Engineers for at udvikle en metode til at lokalisere fjendtligt artilleri ud fra bommen fra deres affyring. Den 2. september 1915 blev hans bror dræbt under Gallipoli-kampagnen. Kort efter blev han og hans far tildelt Nobelprisen i fysik. Han var 25 år gammel og er stadig den yngste prismodtager inden for videnskab. Problemet med lydopmåling var, at de tunge kanoner drønede med en for lav frekvens til at kunne opfanges af en mikrofon. Efter måneders frustrerende fiaskoer udviklede han og hans gruppe en luftbølgedetektor med varmtråd, som løste problemet. I dette arbejde blev han hjulpet af Charles Galton Darwin, William Sansome Tucker, Harold Roper Robinson og Henry Harold Hemming. Den britiske lydopmåling var meget effektiv; der var en enhed i hver britisk hær, og deres system blev overtaget af amerikanerne, da de gik ind i krigen. For sit arbejde under krigen blev han tildelt militærkorset og udnævnt til Officer of the Order of the British Empire. Han blev også nævnt i despatches den 16. juni 1916, den 4. januar 1917 og den 7. juli 1919.

Hot wire sound ranging blev brugt under Anden Verdenskrig, hvor han fungerede som civil rådgiver.

I mellem krigene, fra 1919 til 1937, arbejdede han ved Victoria University of Manchester som Langworthy professor i fysik. Han blev direktør for National Physical Laboratory i Teddington i 1937.

Efter Anden Verdenskrig vendte Bragg tilbage til Cambridge, hvor han opdelte Cavendish Laboratory i forskningsgrupper. Han mente, at “den ideelle forskningsenhed er en enhed bestående af seks til tolv videnskabsmænd og nogle få assistenter”.

University of Manchester (1919-1937)Rediger

Når han blev demobiliseret, vendte han tilbage til krystallografien i Cambridge. De havde aftalt, at far skulle studere organiske krystaller, mens sønnen skulle undersøge uorganiske forbindelser. I 1919, da Ernest Rutherford, en mangeårig ven af familien, flyttede til Cambridge, erstattede Lawrence Bragg ham som Langworthy Professor of Physics ved Victoria University of Manchester. Han rekrutterede et fremragende fakultet, bl.a. med tidligere lydmænd, men han mente, at hans viden om fysik var svag, og han havde ingen erfaring fra klasseværelset. De studerende, mange veteraner, var kritiske og støjende. Han var dybt rystet, men med familiens støtte tog han sig sammen og sejrede. Han og R. W. James målte den absolutte energi af reflekterede røntgenstråler, hvilket bekræftede en formel, som C. G. Darwin havde udledt før krigen. Nu kunne de bestemme antallet af elektroner i de reflekterende mål, og de var i stand til at tyde strukturen af mere komplicerede krystaller som f.eks. silikater. Det var stadig vanskeligt: det krævede gentagne gætterier og gentagne forsøg. I slutningen af 1920’erne lettede de analysen ved at bruge Fouriertransformationer på dataene.

I 1930 blev han dybt forstyrret, mens han vejede et jobtilbud fra Imperial College i London. Hans familie samledes om ham, og han genvandt sin balance, mens de tilbragte 1931 i München, hvor han forskede.

National Physical Laboratory (1937-1938)Rediger

Han blev direktør for National Physical Laboratory i Teddington i 1937 og tog nogle medarbejdere med sig. Administration og udvalg tog dog meget af hans tid væk fra arbejdsbænken.

University of Cambridge (1938-1954)Edit

Rutherford døde, og søgekomitéen udpegede Lawrence Bragg som den næste i rækken af Cavendish-professorer, der leder Cavendish Laboratory. Laboratoriet havde en eminent historie inden for atomfysik, og nogle medlemmer var betænkelige ved en krystallograf, hvilket Bragg overvandt ved en jævnbyrdig administration. Han arbejdede på at forbedre fortolkningen af diffraktionsmønstre. I den lille krystallografigruppe var der en flygtet forskerstuderende uden mentor: Max Perutz. Han viste Bragg røntgendiffraktionsdata fra hæmoglobin, som antydede, at strukturen af gigantiske biologiske molekyler kunne blive tydet. Bragg udnævnte Perutz som sin forskningsassistent og fik i løbet af få måneder yderligere støtte med et legat fra Rockefeller Foundation. Arbejdet blev suspenderet under Anden Verdenskrig, da Perutz blev interneret som fjendtlig udlænding og derefter arbejdede inden for militær forskning.

Under krigen tilbød Cavendish et forkortet kandidatkursus, som lagde vægt på den elektronik, der var nødvendig for radar. Bragg arbejdede med metallers struktur og rådgav om sonar og lydafstandsmåling, de brugte stadig Tucker-mikrofonen. Han blev Sir Lawrence i 1941. Hans far døde i 1942, hvor Bragg i seks måneder fungerede som videnskabelig forbindelsesofficer til Canada. Han organiserede periodiske konferencer om røntgenanalyse, som blev brugt i vid udstrækning i militær forskning.

Efter krigen førte han an i dannelsen af International Union of Crystallography og blev valgt til dens første præsident. Han omorganiserede Cavendish i enheder for at afspejle sin overbevisning om, at “den ideelle forskningsenhed er en enhed bestående af seks til tolv videnskabsmænd og nogle få assistenter, hjulpet af en eller flere førsteklasses instrumentmekanikere og et værksted, hvor den generelle serie af apparater kan konstrueres”. De ledende medarbejdere havde nu kontorer, telefoner og sekretariatsbistand. Instituttets anvendelsesområde blev udvidet med en ny afdeling for radioastronomi. Hans eget arbejde fokuserede på metallers struktur ved hjælp af både røntgenstråler og elektronmikroskopet. I 1947 overtalte han Medical Research Council (MRC) til at støtte det, som han beskrev som et “galant forsøg” på at bestemme proteinstrukturen som Laboratory of Molecular Biology, der i begyndelsen bestod af Perutz, John Kendrew og to assistenter. Bragg arbejdede sammen med dem, og i 1960 havde de løst myoglobinets struktur helt ned til atomart niveau. Herefter var han mindre involveret; deres analyse af hæmoglobin blev lettere, efter at de havde indarbejdet to kviksølvatomer som markører i hvert molekyle. MRC’s første monumentale triumf var James Watson og Francis Cricks afkodning af DNA’s struktur. Bragg annoncerede opdagelsen på en Solvay-konference om proteiner i Belgien den 8. april 1953, men den blev ikke omtalt af pressen. Derefter holdt han et foredrag på Guy’s Hospital Medical School i London torsdag den 14. maj 1953, hvilket resulterede i en artikel af Ritchie Calder i News Chronicle i London fredag den 15. maj 1953 med titlen “Why You Are You. Nærmere hemmeligheden bag livet”. Bragg nominerede Crick, Watson og Maurice Wilkins til Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1962; Wilkins’ andel anerkendte bidraget fra røntgenkrystallograferne på King’s College i London. Blandt dem var Rosalind Franklin, hvis “fotografi 51” viste, at DNA var en dobbeltspiral og ikke den trippelspiral, som Linus Pauling havde foreslået. Franklin døde, før prisen (som kun går til levende personer) blev uddelt.

The Royal Institution (1954-1971)Rediger

I 1953 flyttede familien Bragg ind i den elegante lejlighed for den residerende professor i Royal Institution i London, den stilling, som hans far havde haft, da han døde. I 1934 og 1961 havde Lawrence holdt Royal Institutions juleforelæsning, og siden 1938 havde han været professor i naturfilosofi i institutionen og holdt en årlig forelæsning. Hans fars efterfølgere havde svækket institutionen, så Bragg var nødt til at genopbygge den. Han styrkede økonomien ved at hverve virksomhedssponsorer, og de traditionelle fredagsaftensforedrag blev efterfulgt af et middagsselskab for taleren og nøje udvalgte mulige protektorer, mere end 120 hvert år. “To af disse Discourses i 1965 gav ham en særlig glæde. Den 7. maj holdt Lady Bragg, der havde været medlem af Royal Commission on Marriage and Divorce (1951-55) og var formand for National Marriage Guidance Council, et foredrag om ‘Changing patterns in marriage and divorce’; og den 15. november lyttede Bragg med tydelig stolthed til foredraget om ‘Oscillations and noise in jet engines’, som blev holdt af hans ingeniør-søn Stephen, der dengang var chefforsker hos Rolls Royce Ltd. og senere blev rektor for Brunel University.” Han introducerede også et program af meget anerkendte skoleforedrag, som blev oplivet af de udførlige demonstrationer, der var et kendetegn for institutionen. Han holdt tre af disse foredrag om “elektricitet”.

Han fortsatte forskningen i institutionen ved at rekruttere en lille gruppe til at arbejde i Davy-Faraday-laboratoriet i kælderen og i det tilstødende hus, støttet af bevillinger, som han fik. Det lykkedes en besøgende på laboratoriet at indsætte tungmetaller i enzymet lysozym; strukturen af dets krystal blev løst i 1965 på Royal Institution af D. C. Phillips og hans medarbejdere, idet beregningerne af de 9.040 refleksioner blev udført på den digitale computer på University of London, som i høj grad lettede arbejdet. To af illustrationerne af aminosyrernes placering i kæden blev tegnet af Bragg. I modsætning til myoglobin, hvor næsten 80 % af aminosyreresterne befinder sig i alfa-helix-konformationen, er alfa-helix-indholdet i lysozym kun ca. 40 % af aminosyreresterne i fire hovedstrækninger. Andre strækninger er af 310-helixen, en konformation, som de tidligere havde foreslået. I denne konformation er hvert tredje peptid hydrogenbindet tilbage til det første peptid og danner således en ring med ti atomer. De havde den komplette struktur af et enzym i tide til Braggs 75-års fødselsdag. Han blev professor emeritus i 1966.

Røntgenanalyser af proteinstrukturer blomstrede i de følgende år, og strukturer af snesevis af proteiner blev bestemt i laboratorier rundt om i verden. Der er blevet tildelt 28 nobelpriser for arbejde med røntgenanalyse. Ulempen ved metoden er, at den skal udføres på krystaller, hvilket udelukker, at man kan se formændringer, når enzymer binder substrater og lignende. Dette problem blev løst ved at udvikle en anden linje, som Bragg havde taget initiativ til, nemlig ved hjælp af modificerede elektronmikroskoper til at afbilde enkelte frosne molekyler: kryo-elektronmikroskopi.

I sin lange tilknytning til Royal Institution var han:

• Professor i naturfilosofi, 1938-1953
• Fullerian Professor of Chemistry, 1954-1966
• Superintendent of the House, 1954-1966
• Direktør for Davy-Faraday Research Laboratory, 1954-1966
• Direktør for Royal Institution, 1965-1966
• Emeritus professor, 1966-1971

Personligt livRediger

I 1921 giftede han sig med Alice Hopkinson (1899-1989), en kusine til en ven, som var blevet dræbt i krigen. De fik fire børn, ingeniøren Stephen Lawrence (1923-2014), David William (1926-2005), Margaret Alice, født 1931, (som blev gift med diplomaten Mark Heath) og Patience Mary, født 1935. Alice var ansat på Withington Girls’ School, indtil Bragg blev udnævnt til direktør for National Physical Laboratory i 1937. Hun var aktiv i en række offentlige organer og var borgmester i Cambridge fra 1945-46.

Braggs hobbyer omfattede tegning – familiebreve blev illustreret med livlige skitser – maleri, litteratur og en livslang interesse for havearbejde. Da han flyttede til London, savnede han at have en have og arbejdede derfor som deltidsgartner uden at blive anerkendt af sin arbejdsgiver, indtil en gæst i huset udtrykte sin overraskelse over at se ham der. Han døde på et hospital i nærheden af sit hjem i Waldringfield, Ipswich, Suffolk. Han blev begravet i Trinity College, Cambridge; hans søn David er begravet i Parish of the Ascension Burial Ground i Cambridge, hvor Braggs ven, som, hvis han havde overlevet, ville have været hans svoger, Rudolph Cecil Hopkinson, også er begravet.

I august 2013 præsenterede Braggs slægtning, tv-værten Melvyn Bragg, et program på BBC Radio 4 (“Bragg on the Braggs”) om vinderne af Nobelprisen i fysik i 1915.