Vroege jarenEdit
Bragg werd geboren in Adelaide, Zuid-Australië als zoon van Sir William Henry Bragg (1862-1942), ouder hoogleraar wiskunde en natuurkunde aan de universiteit van Adelaide, en Gwendoline (1869-1929), dochter van Sir Charles Todd, regeringsastronoom van Zuid-Australië.
Hij toonde al vroeg belangstelling voor wetenschap en wiskunde. Kort nadat hij naar school was gegaan viel hij van zijn driewieler en brak zijn arm. Zijn vader, die in Europa over de experimenten van Röntgen had gelezen en zelf experimenten uitvoerde, gebruikte de pas ontdekte röntgenstralen en zijn experimentele apparatuur om de gebroken arm te onderzoeken. Dit is het eerste geregistreerde chirurgische gebruik van röntgenstraling in Australië.
In 1900 was Bragg student aan Queen’s School, North Adelaide, gevolgd door vijf jaar aan het St Peter’s College, Adelaide. Hij ging op 16-jarige leeftijd naar de Universiteit van Adelaide om wiskunde, scheikunde en natuurkunde te studeren, waar hij in 1908 afstudeerde. In datzelfde jaar aanvaardde zijn vader de Cavendish leerstoel voor natuurkunde aan de Universiteit van Leeds, en bracht het gezin naar Engeland. Bragg ging in de herfst van 1909 naar het Trinity College in Cambridge en kreeg een belangrijke studiebeurs voor wiskunde, ondanks het feit dat hij het examen aflegde terwijl hij met een longontsteking in bed lag. Na aanvankelijk te hebben uitgeblonken in wiskunde, stapte hij in de latere jaren van zijn studie over naar de natuurkundecursus, en studeerde in 1911 af met eerste klas onderscheiding. In 1914 werd Bragg verkozen tot Fellowship aan het Trinity College – een Fellowship aan een Cambridge college vereist de indiening en verdediging van een proefschrift.
Tot Bragg’s andere interesses behoorde het verzamelen van schelpen; zijn persoonlijke collectie omvatte specimens van zo’n 500 soorten; alle persoonlijk verzameld in Zuid Australië. Hij ontdekte een nieuwe soort inktvis – Sepia braggi, naar hem genoemd door Joseph Verco.
CarrièreEdit
Röntgenstralen en de Bragg-vergelijkingEdit
De samenstelling van röntgenstralen was onbekend, zijn vader betoogde dat röntgenstralen stromen deeltjes zijn, anderen betoogden dat het golven zijn. Max von Laue richtte een röntgenstraal op een kristal voor een fotografische plaat; naast de plek waar de straal insloeg waren er extra vlekken van afgebogen stralen – vandaar dat röntgenstralen golven zijn. In 1912, als eerstejaars research student in Cambridge, had W. L. Bragg, tijdens een wandeling langs de rivier, het inzicht dat kristallen gemaakt van parallelle platen atomen de röntgenstralen die hun oppervlak onder de meeste hoeken raakten niet zouden diffunderen, omdat de röntgenstralen die werden afgebogen door botsingen met atomen uit fase zouden zijn en elkaar zouden opheffen. Wanneer de röntgenstraal echter bleef hangen onder een hoek waarbij de afstanden tussen de atomaire vellen in het kristal gelijk waren aan de golflengte van de röntgenstraal, dan zouden de afgebogen stralen in fase zijn en een vlek produceren op een nabijgelegen film. Op basis van dit inzicht schreef hij de eenvoudige Bragg-vergelijking die de golflengte van de röntgenstraling en de afstand tussen atomaire platen in een eenvoudig kristal relateert aan de hoeken waaronder een invallende röntgenstraal zou worden gereflecteerd.
Zijn vader bouwde een apparaat waarin een kristal onder precieze hoeken kon worden gedraaid terwijl hij de energie van de reflecties mat. Dit stelde vader en zoon in staat om de afstanden tussen de atomaire vellen in een aantal eenvoudige kristallen te meten. Zij berekenden de afstand tussen de atomen uit het gewicht van het kristal en de Avogadro-constante, waardoor zij de golflengten konden meten van de röntgenstraling die door verschillende metalen doelen in de röntgenbuizen werd geproduceerd. W. H. Bragg rapporteerde hun resultaten op bijeenkomsten en in een paper, waarbij hij “zijn zoon” (naamloos) de eer gaf voor de vergelijking, maar niet als co-auteur, wat zijn zoon “wat hartzeer” bezorgde, wat hij nooit te boven is gekomen.
Werk aan sound rangingEdit
Bragg werd vroeg in de Eerste Wereldoorlog in dienst genomen bij de Royal Horse Artillery als tweede luitenant van de batterij van Leicestershire. In 1915 werd hij gedetacheerd bij de Royal Engineers om een methode te ontwikkelen om vijandelijke artillerie te lokaliseren aan de hand van de dreunen van hun vuren. Op 2 september 1915 sneuvelde zijn broer tijdens de Gallipoli Campagne. Kort daarna kregen hij en zijn vader de Nobelprijs voor natuurkunde. Hij was 25 jaar oud en blijft de jongste laureaat van de wetenschap. Het probleem met de geluidsmeting was dat de zware kanonnen op een te lage frequentie bulderden om door een microfoon te worden gedetecteerd. Na maanden van frustrerende mislukkingen bedachten hij en zijn groep een hot wire luchtgolfdetector die het probleem oploste. Bij dit werk werd hij geholpen door Charles Galton Darwin, William Sansome Tucker, Harold Roper Robinson en Henry Harold Hemming. De Britse “sound ranging” was zeer effectief; er was een eenheid in elk Brits leger en hun systeem werd door de Amerikanen overgenomen toen zij in de oorlog kwamen. Voor zijn werk tijdens de oorlog werd hij onderscheiden met het Militair Kruis en benoemd tot Officier in de Orde van het Britse Rijk. Hij werd ook vermeld in Despatches op 16 juni 1916, 4 januari 1917 en 7 juli 1919.
Hot wire sound ranging werd gebruikt in de Tweede Wereldoorlog, waarin hij diende als civiel adviseur.
Tussen de oorlogen, van 1919 tot 1937, werkte hij aan de Victoria University of Manchester als Langworthy Professor in de natuurkunde. In 1937 werd hij directeur van het National Physical Laboratory in Teddington.
Na de Tweede Wereldoorlog keerde Bragg terug naar Cambridge, waar hij het Cavendish Laboratory opsplitste in onderzoeksgroepen. Hij was van mening dat “de ideale onderzoekseenheid er een is van zes tot twaalf wetenschappers en een paar assistenten”.
Universiteit van Manchester (1919-1937)
Toen hij gedemobiliseerd werd, keerde hij terug naar de kristallografie in Cambridge. Ze hadden afgesproken dat vader organische kristallen zou bestuderen, zoon zou anorganische verbindingen onderzoeken. In 1919, toen Ernest Rutherford, een oude vriend van de familie, naar Cambridge verhuisde, verving Lawrence Bragg hem als Langworthy Professor in de natuurkunde aan de Victoria University of Manchester. Hij wierf een uitstekende faculteit aan, waaronder voormalige geluidsmannen, maar hij vond dat zijn kennis van de natuurkunde zwak was en dat hij geen ervaring had in de klas. De studenten, veel veteranen, waren kritisch en rumoerig. Hij was diep geschokt, maar met steun van zijn familie herpakte hij zich en zegevierde. Hij en R.W. James maten de absolute energie van gereflecteerde röntgenstralen, waarmee een formule van C.G. Darwin van voor de oorlog werd gevalideerd. Nu konden zij het aantal elektronen in de weerkaatsende doelen bepalen en de structuren ontcijferen van meer gecompliceerde kristallen zoals silicaten. Het was nog steeds moeilijk: herhaaldelijk raden en opnieuw proberen was nodig. Aan het eind van de jaren twintig vergemakkelijkten zij de analyse door Fourier transformaties op de gegevens toe te passen.
In 1930 raakte hij diep in de war toen hij een baanaanbieding van het Imperial College in Londen overwoog. Zijn familie verzamelde zich en hij herstelde zijn evenwicht terwijl ze in 1931 in München verbleven, waar hij onderzoek deed.
National Physical Laboratory (1937-1938)
Hij werd in 1937 directeur van het National Physical Laboratory in Teddington, waarbij hij enkele medewerkers meenam. Administratie en commissies namen echter veel van zijn tijd weg van de werkbank.
Universiteit van Cambridge (1938-1954)Edit
Rutherford overleed en het zoekcomité benoemde Lawrence Bragg als volgende in de rij van de Cavendish Professoren die leiding geven aan het Cavendish Laboratorium. Het Laboratorium had een eminente geschiedenis in de atoomfysica en sommige leden waren huiverig voor een kristallograaf, hetgeen Bragg overwon door een onpartijdig bestuur. Hij werkte aan de verbetering van de interpretatie van diffractiepatronen. In de kleine kristallografie groep was een gevluchte onderzoeks student zonder mentor: Max Perutz. Hij toonde Bragg röntgendiffractiegegevens van hemoglobine, die suggereerden dat de structuur van reusachtige biologische moleculen zou kunnen worden ontcijferd. Bragg stelde Perutz aan als zijn onderzoeksassistent en verkreeg binnen enkele maanden extra steun met een beurs van de Rockefeller Foundation. Het werk werd opgeschort tijdens de Tweede Wereldoorlog toen Perutz werd geïnterneerd als vijandelijke vreemdeling en daarna in het militaire onderzoek werkte.
Tijdens de oorlog bood de Cavendish een verkorte graduate cursus aan waarin de nadruk lag op de elektronica die nodig was voor radar. Bragg werkte aan de structuur van metalen en adviseerde over sonar en geluidsmeting, ze gebruikten nog steeds de Tucker microfoon. Hij werd Sir Lawrence in 1941. Zijn vader overleed in 1942. In die periode diende Bragg zes maanden als wetenschappelijk verbindingsofficier voor Canada. Hij organiseerde periodieke conferenties over röntgenanalyse, die op grote schaal werd gebruikt bij militair onderzoek.
Na de oorlog leidde hij de oprichting van de International Union of Crystallography en werd gekozen tot de eerste voorzitter. Hij reorganiseerde de Cavendish in eenheden om zijn overtuiging te weerspiegelen dat “de ideale onderzoekseenheid bestaat uit zes tot twaalf wetenschappers en een paar assistenten, geholpen door een of meer eersteklas instrumentmakers en een werkplaats waar de algemene apparatuur kan worden gebouwd”. Hogere personeelsleden beschikten voortaan over kantoren, telefoons en secretariële ondersteuning. De reikwijdte van de afdeling werd uitgebreid met een nieuwe eenheid voor radioastronomie. Zijn eigen werk concentreerde zich op de structuur van metalen, waarbij hij zowel röntgenstralen als de elektronenmicroscoop gebruikte. In 1947 haalde hij de Medical Research Council (MRC) over om steun te verlenen aan wat hij beschreef als de “dappere poging” om de proteïnestructuur te bepalen als het Laboratorium voor Moleculaire Biologie, dat aanvankelijk bestond uit Perutz, John Kendrew en twee assistenten. Bragg werkte met hen samen; tegen 1960 hadden zij de structuur van myoglobine tot op atomair niveau opgelost. Daarna was hij er minder bij betrokken; hun analyse van hemoglobine was gemakkelijker nadat zij in elk molecuul twee kwikatomen als markers hadden opgenomen. De eerste monumentale triomf van de MRC was de ontcijfering van de structuur van DNA door James Watson en Francis Crick. Bragg kondigde de ontdekking aan op een Solvay-conferentie over proteïnen in België op 8 april 1953, maar de pers besteedde er geen aandacht aan. Vervolgens gaf hij op donderdag 14 mei 1953 een lezing in de Guy’s Hospital Medical School in Londen, wat resulteerde in een artikel van Ritchie Calder in de News Chronicle van Londen op vrijdag 15 mei 1953, getiteld “Why You Are You. Dichterbij het geheim van het leven”. Bragg nomineerde Crick, Watson en Maurice Wilkins voor de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde in 1962; Wilkins’ aandeel was een erkenning van de bijdrage van röntgenkristallografen aan het King’s College in Londen. Onder hen was Rosalind Franklin, wier “foto 51” aantoonde dat DNA een dubbele helix was, en niet de drievoudige helix die Linus Pauling had voorgesteld. Franklin stierf voordat de prijs (die alleen naar levende mensen gaat) werd uitgereikt.
The Royal Institution (1954-1971)Edit
In 1953 verhuisden de Braggs naar de elegante flat voor de Resident Professor in het Royal Institution in Londen, de positie die zijn vader had bekleed toen hij stierf. In 1934 en 1961 had Lawrence de kerstlezing van het Royal Institution gehouden en sinds 1938 was hij hoogleraar natuurfilosofie in het instituut en gaf hij jaarlijks een lezing. De opvolgers van zijn vader hadden het instituut verzwakt, zodat Bragg het opnieuw moest opbouwen. Hij versterkte de financiën door sponsors uit het bedrijfsleven aan te trekken, de traditionele Vrijdagavondlezingen werden gevolgd door een diner voor de spreker en zorgvuldig geselecteerde mogelijke begunstigers, meer dan 120 per jaar. “Twee van deze discoursen in 1965 verschaften hem een bijzonder genoegen. Op 7 mei gaf Lady Bragg, die lid was geweest van de Royal Commission on Marriage and Divorce (1951-55) en voorzitter was van de National Marriage Guidance Council, een lezing over ‘Changing patterns in marriage and divorce’; en op 15 november luisterde Bragg met duidelijke trots naar de lezing over ‘Oscillations and noise in jet engines’, gegeven door zijn ingenieurszoon Stephen, die toen Chief Scientist was bij Rolls Royce Ltd en later Vice-Chancellor van de Brunel University werd.” Hij introduceerde ook een programma van hoog aangeschreven schoollezingen, verlevendigd met de uitgebreide demonstraties die een kenmerk van het instituut waren. Hij gaf drie van deze lezingen over “elektriciteit”.
Hij zette het onderzoek in het instituut voort door een kleine groep aan te werven om in het Davy-Faraday Laboratorium in de kelder en in het aangrenzende huis te werken, gesteund door subsidies die hij verkreeg. Een bezoeker van het laboratorium slaagde erin zware metalen in het enzym lysozym in te brengen; de structuur van het kristal werd in 1965 in het Royal Institution opgelost door D.C. Phillips en zijn medewerkers, waarbij de berekeningen van de 9.040 reflecties werden uitgevoerd op de digitale computer van de Universiteit van Londen, die het werk aanzienlijk vergemakkelijkte. Twee van de illustraties van de plaats van de aminozuren in de keten werden door Bragg getekend. In tegenstelling tot myoglobine, waarin bijna 80% van de aminozuurresiduen zich in de alfa-helixconformatie bevinden, bedraagt het alfa-helixgehalte in lysozym slechts ongeveer 40% van de aminozuurresiduen die in vier hoofdsecties worden aangetroffen. Andere stukken zijn van de 310-helix, een conformatie die zij eerder hadden voorgesteld. In deze conformatie is elk derde peptide met waterstof verbonden aan het eerste peptide, waardoor een ring wordt gevormd die tien atomen bevat. Zij hadden de volledige structuur van een enzym op tijd voor Bragg’s 75ste verjaardag. Hij werd professor emeritus in 1966.
Röntgenanalyse van de proteïnestructuur bloeide op in de daaropvolgende jaren, waarbij de structuren van tientallen proteïnen werden bepaald in laboratoria over de hele wereld. Achtentwintig Nobelprijzen werden toegekend voor werk waarbij gebruik werd gemaakt van röntgenanalyse. Het nadeel van de methode is dat zij moet worden uitgevoerd op kristallen, waardoor het onmogelijk is vormveranderingen te zien wanneer enzymen substraten en dergelijke binden. Dit probleem werd opgelost door de ontwikkeling van een andere lijn die Bragg had geïnitieerd, waarbij gewijzigde elektronenmicroscopen worden gebruikt om afzonderlijke bevroren moleculen af te beelden: cryo-elektronenmicroscopie.
In zijn lange samenwerking met het Royal Institution was hij:
- Professor in de Natuurfilosofie, 1938-1953
- Fullerian Professor in de Scheikunde, 1954-1966
- Superintendent van het Huis, 1954-1966
- Directeur van het Davy-Faraday Onderzoekslaboratorium, 1954-1966
- Directeur van het Royal Institution, 1965-1966
- Emeritus hoogleraar, 1966-1971
Persoonlijk levenEdit
In 1921 trouwde hij met Alice Hopkinson (1899-1989), een nicht van een vriend die in de oorlog was gesneuveld. Zij kregen vier kinderen, de ingenieur Stephen Lawrence (1923-2014), David William (1926-2005), Margaret Alice, geboren 1931, (die trouwde met de diplomaat Mark Heath) en Patience Mary, geboren 1935. Alice was staflid aan de Withington Girls’ School tot Bragg in 1937 werd benoemd tot directeur van het National Physical Laboratory. Ze was actief in een aantal openbare lichamen en was burgemeester van Cambridge van 1945-46.
Bragg’s hobby’s waren tekenen – familiebrieven werden geïllustreerd met levendige schetsen – schilderen, literatuur en een levenslange belangstelling voor tuinieren. Toen hij naar Londen verhuisde, miste hij het hebben van een tuin en werkte hij als parttime tuinman, niet erkend door zijn werkgever, totdat een gast in het huis zijn verbazing uitsprak over het feit dat hij daar was. Hij overleed in een ziekenhuis in de buurt van zijn huis in Waldringfield, Ipswich, Suffolk. Hij werd begraven in Trinity College, Cambridge; zijn zoon David ligt begraven in de Parish of the Ascension Burial Ground in Cambridge, waar ook Braggs vriend, die, als hij het had overleefd, zijn zwager zou zijn geweest, Rudolph Cecil Hopkinson, begraven ligt.
In augustus 2013 presenteerde Braggs familielid, de omroeper Melvyn Bragg, een BBC Radio 4-programma (“Bragg on the Braggs”) over de winnaars van de Nobelprijs voor de Natuurkunde van 1915.