Wczesne lataEdit
Bragg urodził się w Adelajdzie w Australii Południowej jako syn Sir Williama Henry’ego Bragga (1862-1942), starszego profesora matematyki i fizyki na Uniwersytecie w Adelajdzie, oraz Gwendoline (1869-1929), córki Sir Charlesa Todda, astronoma rządowego Australii Południowej.
Wcześnie przejawiał zainteresowanie naukami ścisłymi i matematyką. Wkrótce po rozpoczęciu szkoły spadł z trójkołowca i złamał rękę. Jego ojciec, który czytał o eksperymentach Röntgena w Europie i przeprowadzał własne eksperymenty, wykorzystał nowo odkryte promienie X i swój sprzęt eksperymentalny do zbadania złamanej ręki. Jest to pierwsze odnotowane chirurgiczne użycie promieni X w Australii.
W 1900 roku Bragg był uczniem Queen’s School, North Adelaide, a następnie przez pięć lat w St Peter’s College, Adelaide. W wieku 16 lat poszedł na Uniwersytet w Adelajdzie, gdzie studiował matematykę, chemię i fizykę, kończąc studia w 1908 roku. W tym samym roku jego ojciec przyjął katedrę fizyki Cavendisha na Uniwersytecie w Leeds i sprowadził rodzinę do Anglii. Bragg wstąpił do Trinity College w Cambridge jesienią 1909 r. i otrzymał główne stypendium z matematyki, mimo że zdawał egzamin, leżąc w łóżku z zapaleniem płuc. Po początkowych sukcesach w matematyce, w późniejszych latach studiów przeniósł się na kurs fizyki, który ukończył z wyróżnieniem pierwszej klasy w 1911 roku. W 1914 roku Bragg został wybrany do Fellowship at Trinity College – Fellowship at a Cambridge college involves the submission and defence of asis.
Among Bragg’s other interests was shell collecting; his personal collection amounted to specimens from some 500 species; all personally collected from South Australia. Odkrył nowy gatunek mątwy – Sepia braggi, nazwany dla niego przez Josepha Verco.
KarieraEdit
Promienie X i równanie BraggaEdit
Skład promieni X był nieznany, jego ojciec twierdził, że promienie X są strumieniami cząstek, inni twierdzili, że są falami. Max von Laue skierował wiązkę promieniowania X na kryształ przed płytą fotograficzną; obok plamki, w którą uderzyła wiązka, pojawiły się dodatkowe plamki z odbitych promieni – stąd promienie X są falami. W 1912 roku, jako student pierwszego roku studiów w Cambridge, W. L. Bragg, spacerując nad rzeką, zauważył, że kryształy zbudowane z równoległych arkuszy atomów nie będą rozpraszać promieni rentgenowskich, które uderzają w ich powierzchnię pod różnymi kątami, ponieważ promienie rentgenowskie odchylone w wyniku zderzeń z atomami będą poza fazą, wzajemnie się znosząc. Jednakże, gdy wiązka promieniowania rentgenowskiego utkwiła pod takim kątem, że odległości pomiędzy atomami w krysztale były równe długości fali promieniowania rentgenowskiego, to promienie odbite były w fazie i tworzyły plamę na pobliskiej folii. Na podstawie tego spostrzeżenia napisał proste równanie Bragga, które odnosi długość fali promieniowania rentgenowskiego i odległość między płytkami atomowymi w prostym krysztale do kątów, pod jakimi odbija się padająca wiązka promieniowania rentgenowskiego.
Jego ojciec zbudował aparat, w którym kryształ można było obracać pod precyzyjnymi kątami, mierząc jednocześnie energię odbić. To pozwoliło ojcu i synowi zmierzyć odległości między arkuszami atomowymi w wielu prostych kryształach. Obliczyli odległości między atomami na podstawie masy kryształu i stałej Avogadro, co pozwoliło im zmierzyć długość fali promieniowania rentgenowskiego wytwarzanego przez różne tarcze metaliczne w lampach rentgenowskich. W. H. Bragg zrelacjonował ich wyniki na spotkaniach i w pracy, dając kredyt „swojemu synowi” (bezimiennemu) za równanie, ale nie jako współautorowi, co dało jego synowi „pewne bóle serca”, których nigdy nie przezwyciężył.
Praca nad przemieszczaniem dźwiękuEdit
Bragg został zamówiony na początku I wojny światowej w Królewskiej Artylerii Konnej jako podporucznik baterii Leicestershire. W 1915 roku został oddelegowany do Królewskich Inżynierów, aby opracować metodę lokalizacji wrogiej artylerii na podstawie huku jej wystrzałów. 2 września 1915 r. jego brat zginął podczas kampanii w Gallipoli. Wkrótce potem otrzymał wraz z ojcem Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Miał 25 lat i do dziś pozostaje najmłodszym laureatem nagrody w dziedzinie nauki. Problem z zasięgiem dźwięku polegał na tym, że ciężkie działa huczały ze zbyt niską częstotliwością, aby mogły zostać wykryte przez mikrofon. Po miesiącach frustrujących niepowodzeń on i jego grupa opracowali detektor fal powietrznych z gorącym drutem, który rozwiązał ten problem. W pracy tej pomagali mu Charles Galton Darwin, William Sansome Tucker, Harold Roper Robinson i Henry Harold Hemming. Brytyjski sound ranging był bardzo skuteczny; w każdej brytyjskiej armii była jednostka, a ich system został przyjęty przez Amerykanów, gdy przystąpili do wojny. Za swoją pracę podczas wojny został odznaczony Krzyżem Wojskowym i mianowany Oficerem Orderu Imperium Brytyjskiego. Został również Mentioned in Despatches 16 czerwca 1916, 4 stycznia 1917 i 7 lipca 1919.
Hot wire sound ranging był używany w II wojnie światowej, podczas której służył jako doradca cywilny.
Pomiędzy wojnami, od 1919 do 1937, pracował na Victoria University of Manchester jako Langworthy Professor of Physics. W 1937 roku został dyrektorem National Physical Laboratory w Teddington.
Po II wojnie światowej Bragg powrócił do Cambridge, dzieląc Laboratorium Cavendisha na grupy badawcze. Uważał, że „idealna jednostka badawcza to taka, która składa się z sześciu do dwunastu naukowców i kilku asystentów”.
Uniwersytet w Manchesterze (1919-1937)Edit
Po demobilizacji wrócił do krystalografii w Cambridge. Mieli uzgodnione, że ojciec będzie studiować kryształy organiczne, syn będzie badać związki nieorganiczne. W 1919 roku, kiedy Ernest Rutherford, długoletni przyjaciel rodziny, przeniósł się do Cambridge, Lawrence Bragg zastąpił go na stanowisku Langworthy Professor of Physics na Victoria University of Manchester. Zatrudnił znakomitych wykładowców, w tym byłych strażników dźwięku, ale uważał, że jego wiedza z zakresu fizyki była słaba i nie miał doświadczenia w prowadzeniu zajęć. Studenci, wielu weteranów, byli krytyczni i kłótliwi. On był głęboko wstrząśnięty, ale z pomocą rodziny wyciągnął się razem i zwyciężył. Razem z R. W. Jamesem zmierzyli energię absolutną odbitego promieniowania rentgenowskiego, co potwierdziło wzór wyprowadzony przed wojną przez C. G. Darwina. Teraz mogli określić liczbę elektronów w odbijających się celach i rozszyfrować struktury bardziej skomplikowanych kryształów, takich jak krzemiany. Nadal było to jednak trudne: wymagało wielokrotnego zgadywania i ponawiania prób. W późnych latach dwudziestych ułatwili analizę za pomocą transformaty Fouriera na data.
W 1930 roku stał się głęboko zaniepokojony podczas ważenia ofertę pracy z Imperial College, Londyn. Jego rodzina zjednoczyła się wokół i odzyskał równowagę, podczas gdy oni spędzili 1931 w Monachium, gdzie zrobił research.
National Physical Laboratory (1937-1938)Edit
Został dyrektorem National Physical Laboratory w Teddington w 1937 roku, przynosząc niektórych współpracowników wzdłuż. Jednak administracja i komitety zabierały mu większość czasu z dala od warsztatu pracy.
University of Cambridge (1938-1954)Edit
Rutherford zmarł, a komitet poszukiwawczy wyznaczył Lawrence’a Bragga jako następnego w kolejce profesorów Cavendisha, którzy kierują Laboratorium Cavendisha. Laboratorium miało wybitną historię w dziedzinie fizyki atomowej i niektórzy członkowie obawiali się krystalografa, co Bragg przezwyciężył dzięki bezstronnej administracji. Pracował nad poprawą interpretacji wzorów dyfrakcyjnych. W małej grupie krystalograficznej był student-uchodźca, który nie miał mentora: Max Perutz. Pokazał on Braggowi dane dyfrakcji rentgenowskiej hemoglobiny, które sugerowały, że struktura olbrzymich cząsteczek biologicznych może zostać rozszyfrowana. Bragg mianował Perutza swoim asystentem naukowym, a w ciągu kilku miesięcy uzyskał dodatkowe wsparcie w postaci grantu z Fundacji Rockefellera. Praca została zawieszona podczas II wojny światowej, kiedy Perutz został internowany jako nieprzyjacielski cudzoziemiec, a następnie pracował w badaniach wojskowych.
Podczas wojny Cavendish zaoferował skrócony kurs dla absolwentów, który podkreślał elektronikę potrzebną dla radaru. Bragg pracował nad strukturą metali i konsultował się w sprawie sonaru i pomiaru dźwięku, nadal używali mikrofonu Tuckera. W 1941 r. został sir Lawrence’em. Jego ojciec zmarł w 1942 roku. W tym czasie Bragg przez sześć miesięcy pełnił funkcję oficera łącznikowego ds. naukowych w Kanadzie. Organizował okresowe konferencje na temat analizy rentgenowskiej, która była szeroko stosowana w badaniach wojskowych.
Po wojnie przewodził w tworzeniu Międzynarodowej Unii Krystalografii i został wybrany na jej pierwszego prezydenta. Zreorganizował Cavendish w jednostki, aby odzwierciedlić swoje przekonanie, że „idealna jednostka badawcza to taka, która składa się z sześciu do dwunastu naukowców i kilku asystentów, wspomaganych przez jednego lub więcej pierwszorzędnych mechaników instrumentów i warsztat, w którym można skonstruować ogólny bieg aparatury”. Starsi członkowie personelu mieli teraz biura, telefony i wsparcie sekretarskie. Zakres działalności wydziału został poszerzony o nową jednostkę zajmującą się radioastronomią. Jego własna praca koncentrowała się na strukturze metali, przy użyciu zarówno promieniowania rentgenowskiego, jak i mikroskopu elektronowego. W 1947 roku przekonał Medical Research Council (MRC) do wsparcia tego, co określił jako „odważną próbę” określenia struktury białka jako Laboratorium Biologii Molekularnej, początkowo składające się z Perutza, Johna Kendrew i dwóch asystentów. Bragg pracował z nimi, do 1960 roku udało im się rozwiązać strukturę mioglobiny do poziomu atomowego. Potem był już mniej zaangażowany; analiza hemoglobiny była łatwiejsza po tym, jak do każdej cząsteczki włączyli dwa atomy rtęci jako znaczniki. Pierwszym monumentalnym triumfem MRC było zdekodowanie struktury DNA przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka. Bragg ogłosił to odkrycie 8 kwietnia 1953 r. na konferencji Solvay w Belgii poświęconej białkom, ale prasa nie doniosła o tym. Następnie wygłosił wykład w Guy’s Hospital Medical School w Londynie w czwartek 14 maja 1953 roku, który zaowocował artykułem Ritchiego Caldera w News Chronicle w Londynie w piątek 15 maja 1953 roku, zatytułowanym „Why You Are You. Bliższy sekret życia”. Bragg nominował Cricka, Watsona i Maurice’a Wilkinsa do Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1962 r.; udział Wilkinsa docenił wkład krystalografów rentgenowskich z King’s College w Londynie. Wśród nich była Rosalind Franklin, której „fotografia 51” wykazała, że DNA jest podwójną helisą, a nie potrójną, jak proponował Linus Pauling. Franklin zmarła, zanim nagroda (która trafia tylko do osób żyjących) została przyznana.
The Royal Institution (1954-1971)Edit
W 1953 roku Braggsowie przenieśli się do eleganckiego mieszkania dla profesora-rezydenta w Royal Institution w Londynie, pozycji, którą zajmował jego ojciec, gdy zmarł. W 1934 i 1961 roku Lawrence wygłosił świąteczny wykład Royal Institution, a od 1938 roku był profesorem filozofii przyrody w Instytucie, wygłaszając coroczny wykład. Następcy jego ojca osłabili instytucję, więc Bragg musiał ją odbudować. Wzmocnił finanse, pozyskując sponsorów korporacyjnych, a po tradycyjnych piątkowych wieczornych wykładach odbywały się przyjęcia dla prelegenta i starannie dobranych ewentualnych patronów, których każdego roku było ponad 120. „Dwa z tych Dyskursów w 1965 roku sprawiły mu szczególną przyjemność. 7 maja Lady Bragg, która była członkiem Królewskiej Komisji ds. Małżeństwa i Rozwodów (1951-55) i była przewodniczącą Krajowej Rady Poradnictwa Małżeńskiego, wygłosiła wykład na temat „Zmieniające się wzorce w małżeństwie i rozwodzie”; a 15 listopada Bragg słuchał z wyraźną dumą wykładu na temat „Oscylacje i hałas w silnikach odrzutowych” wygłoszonego przez jego syna inżyniera Stephena, który był wtedy głównym naukowcem w Rolls Royce Ltd, a później został wicekanclerzem Uniwersytetu Brunel. Wprowadził również program cenionych Wykładów Szkolnych, ożywianych przez wyszukane demonstracje, które były znakiem rozpoznawczym Instytucji. Trzy z tych wykładów poświęcił „elektryczności”.
Kontynuował badania w Instytucie, rekrutując małą grupę do pracy w Laboratorium Davy’ego-Faradaya w piwnicy i w sąsiednim domu, wspieraną przez uzyskane przez niego dotacje. Jednemu z odwiedzających laboratorium udało się wprowadzić metale ciężkie do enzymu lizozymu; struktura jego kryształu została rozwiązana w 1965 r. w Royal Institution przez D. C. Phillipsa i jego współpracowników, przy czym obliczenia dotyczące 9 040 refleksów zostały wykonane na komputerze cyfrowym na Uniwersytecie Londyńskim, co znacznie ułatwiło pracę. Dwie z ilustracji przedstawiających rozmieszczenie aminokwasów w łańcuchu zostały narysowane przez Bragga. W przeciwieństwie do mioglobiny, w której prawie 80 procent reszt aminokwasowych znajduje się w konformacji alfa-helisy, w lizozymie zawartość alfa-helisy wynosi tylko około 40 procent reszt aminokwasowych znajdujących się w czterech głównych odcinkach. Pozostałe odcinki to helisa 310, konformacja, którą zaproponowali wcześniej. W tej konformacji co trzeci peptyd jest połączony wiązaniem wodorowym z pierwszym peptydem, tworząc w ten sposób pierścień zawierający dziesięć atomów. Na 75. urodziny Bragga otrzymali kompletną strukturę enzymu. W 1966 roku został emerytowanym profesorem.
Rentgenowska analiza struktury białek rozkwitła w kolejnych latach, określając struktury wielu białek w laboratoriach na całym świecie. Dwadzieścia osiem Nagród Nobla zostało przyznanych za prace wykorzystujące analizę rentgenowską. Wadą tej metody jest to, że musi być wykonywana na kryształach, co uniemożliwia obserwowanie zmian kształtu, gdy enzymy wiążą substraty i tym podobne. Problem ten został rozwiązany dzięki rozwojowi innej linii, którą zapoczątkował Bragg, wykorzystującej zmodyfikowane mikroskopy elektronowe do obrazowania pojedynczych zamrożonych cząsteczek: mikroskopii krioelektronowej.
W swoim długim związku z Royal Institution był:
- Professor of Natural Philosophy, 1938-1953
- Fullerian Professor of Chemistry, 1954-1966
- Superintendent of the House, 1954-1966
- Director of the Davy-Faraday Research Laboratory, 1954-1966
- Dyrektor Royal Institution, 1965-1966
- Emeritus Professor, 1966-1971
Życie osobisteEdit
W 1921 roku poślubił Alice Hopkinson (1899-1989), kuzynkę przyjaciela, który zginął na wojnie. Mieli czworo dzieci, inżyniera Stephena Lawrence’a (1923-2014), Davida Williama (1926-2005), Margaret Alice, urodzoną w 1931 roku, (która wyszła za dyplomatę Marka Heatha) i Patience Mary, urodzoną w 1935 roku. Alice pracowała w Withington Girls’ School do czasu, gdy Bragg został mianowany dyrektorem National Physical Laboratory w 1937 roku. Była aktywna w wielu instytucjach publicznych i pełniła funkcję burmistrza Cambridge w latach 1945-46.
Hobby Bragg obejmowało rysunek – listy rodzinne były ilustrowane żywymi szkicami – malarstwo, literaturę i trwające całe życie zainteresowanie ogrodnictwem. Kiedy przeniósł się do Londynu, brakowało mu ogrodu, więc pracował jako ogrodnik na pół etatu, nie rozpoznany przez pracodawcę, dopóki jeden z gości domu nie wyraził zdziwienia, że go tam widzi. Zmarł w szpitalu w pobliżu swojego domu w Waldringfield, Ipswich, Suffolk. Został pochowany w Trinity College, Cambridge; jego syn David jest pochowany w Parish of the Ascension Burial Ground w Cambridge, gdzie przyjaciel Bragga, który gdyby przeżył, byłby jego szwagrem, Rudolph Cecil Hopkinson jest również pochowany.
W sierpniu 2013 roku krewny Bragga, nadawca Melvyn Bragg, przedstawił program BBC Radio 4 („Bragg on the Braggs”) na temat laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 1915 roku.