Das Wichtigste in der Wissenschaft ist nicht so sehr, neue Fakten zu erhalten, sondern neue Wege zu entdecken, um über sie nachzudenken.
Sir William Lawrence Bragg war ein in Australien geborener britischer Physiker und Röntgenkristallograph, der 1912 das Bragg-Gesetz der Röntgenbeugung entdeckte, das grundlegend für die Bestimmung von Kristallstrukturen ist. Er war gemeinsamer Empfänger mit seinem Vater William Henry Bragg des Nobelpreises für Physik 1915 „Für ihre Verdienste bei der Analyse der Kristallstruktur mittels Röntgenstrahlen"; ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Röntgenkristallographie.
Bragg wurde 1941 geadelt. Seit 2020 ist er der jüngste Nobelpreisträger in Physik, der den Preis im Alter von 25 Jahren erhielt. Der jüngste Nobelpreisträger in irgendeinem Bereich ist Malala Yousafzai, die 2014 den Friedensnobelpreis im Alter von 17 Jahren erhielt. Bragg war Direktor des Cavendish Laboratory in Cambridge, als die Entdeckung der DNA-Struktur von James D. Watson und Francis Crick im Februar 1953 berichtet wurde.
Biografie
Frühe Jahre
Bragg wurde in Adelaide, Südaustralien geboren, Sohn von Sir William Henry Bragg (1862–1942), Professor der Mathematik und Physik an der University of Adelaide, und Gwendoline (1869–1929), Tochter von Sir Charles Todd, Regierungsastronom von Südaustralien.
Er zeigte frühes Interesse an Naturwissenschaften und Mathematik. Kurz nach Schulbeginn fiel er vom Dreirad und brach sich den Arm. Sein Vater, der von Röntgens Experimenten in Europa gelesen hatte und eigene Experimente durchführte, nutzte die neu entdeckten Röntgenstrahlen und seine experimentelle Ausrüstung, um den gebrochenen Arm zu untersuchen. Dies ist die erste aufgezeichnete chirurgische Verwendung von Röntgenstrahlen in Australien.
Im Jahr 1900 besuchte Bragg die Queen's School in North Adelaide, gefolgt von fünf Jahren am St Peter's College in Adelaide. Im Alter von 16 Jahren ging er zur University of Adelaide, um Mathematik, Chemie und Physik zu studieren, und schloss sein Studium 1908 ab. Im selben Jahr akzeptierte sein Vater den Cavendish-Lehrstuhl für Physik an der University of Leeds und brachte die Familie nach England. Bragg trat im Herbst 1909 in das Trinity College Cambridge ein und erhielt ein großes Mathematik-Stipendium, obwohl er die Prüfung im Bett mit Lungenentzündung absolvierte. Nachdem er zunächst in Mathematik hervorragende Leistungen erbrachte, wechselte er in den späteren Jahren seines Studiums zum Physik-Kurs und schloss mit erste Klasse Ehren 1911 ab. 1914 wurde Bragg zum Fellow des Trinity College gewählt – ein Fellowship an einem Cambridge College beinhaltet die Einreichung und Verteidigung einer Dissertation.
Unter Braggs anderen Interessen war Muschelsammeln; seine persönliche Sammlung umfasste Exemplare aus etwa 500 Arten; alle persönlich aus Südaustralien gesammelt. Er entdeckte eine neue Art von Tintenfisch – Sepia braggi, benannt nach ihm von Joseph Verco.
Karriere
Röntgenstrahlen und die Bragg-Gleichung
Die Zusammensetzung von Röntgenstrahlen war unbekannt; sein Vater argumentierte, dass Röntgenstrahlen Teilchenströme sind, andere argumentierten, dass sie Wellen sind. Max von Laue richtete einen Röntgenstrahl auf einen Kristall vor einer fotografischen Platte; neben dem Fleck, wo der Strahl traf, gab es zusätzliche Flecken von abgelenkten Strahlen – also sind Röntgenstrahlen Wellen. 1912 hatte W. L. Bragg, damals Forschungsstudent im ersten Jahr an Cambridge, beim Spaziergang am Fluss die Einsicht, dass Kristalle aus parallelen Atomschichten keine Röntgenstrahlen beugen würden, die ihre Oberfläche unter den meisten Winkeln treffen, da durch Kollisionen mit Atomen abgelenkte Röntgenstrahlen außer Phase wären und sich gegenseitig aufheben würden. Wenn jedoch der Röntgenstrahl in einem Winkel auftraf, bei dem die Entfernungen, die er zwischen Atomschichten im Kristall zurücklegte, der Wellenlänge der Röntgenstrahlen entsprachen, dann würden diese abgelenkten in Phase sein und einen Fleck auf einem nahegelegenen Film erzeugen. Aus dieser Einsicht schrieb er die einfache Bragg-Gleichung, die die Wellenlänge der Röntgenstrahlen und den Abstand zwischen Atomschichten in einem einfachen Kristall zu den Winkeln in Beziehung setzt, in denen ein auftreffender Röntgenstrahl reflektiert würde.
Sein Vater baute einen Apparat, in dem ein Kristall auf genaue Winkel gedreht werden konnte, während die Energie der Reflexionen gemessen wurde. Dies ermöglichte Vater und Sohn, die Abstände zwischen den Atomschichten in einer Reihe von einfachen Kristallen zu messen. Sie berechneten den Abstand der Atome aus dem Gewicht des Kristalls und der Avogadro-Konstante, was ihnen ermöglichte, die Wellenlängen der Röntgenstrahlen zu messen, die von verschiedenen Metallzielen in den Röntgenröhren erzeugt wurden. W. H. Bragg berichtete ihre Ergebnisse in Meetings und in einem Papier und schrieb seinem „Sohn" nicht namentlich genannte Gutschrift für die Gleichung zu, aber nicht als Co-Autor, was seinem Sohn „einige Herzschmerzen" verursachte, über die er nie hinwegkam.
Arbeit zur Schallpeilen
Bragg wurde früh im Ersten Weltkrieg in der Royal Horse Artillery als Second Lieutenant der Leicestershire-Batterie beauftragt. 1915 wurde er zu den Royal Engineers abgeordnet, um eine Methode zu entwickeln, um feindliche Artillerie anhand des Knalls ihres Feuers zu lokalisieren. Am 2. September 1915 wurde sein Bruder während der Gallipoli-Kampagne getötet. Kurz darauf wurden er und sein Vater mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Er war 25 Jahre alt und bleibt der jüngste Wissenschaftsnobelpreisträger. Das Problem bei der Schallpeilen war, dass die schweren Kanonen bei einer zu niedrigen Frequenz donnerten, um von einem Mikrofon erkannt zu werden. Nach Monaten frustrierender Fehlschläge erdachten er und seine Gruppe einen Glühdrähte-Luftwellendetektor, der das Problem löste. Bei dieser Arbeit wurde er von Charles Galton Darwin, William Sansome Tucker, Harold Roper Robinson und Henry Harold Hemming unterstützt. Britische Schallpeilen waren sehr effektiv; es gab eine Einheit in jeder britischen Armee und ihre System wurde von den Amerikanern übernommen, als sie in den Krieg eintraten. Für seine Arbeit während des Krieges erhielt er das Militärkreuz und wurde zum Officer der Order of the British Empire ernannt. Er wurde auch am 16. Juni 1916, 4. Januar 1917 und 7. Juli 1919 in Despatches erwähnt.
Glühdrähte-Schallpeilen wurde im Zweiten Weltkrieg verwendet, während dem er als ziviler Berater diente.
Zwischen den Kriegen, von 1919 bis 1937, arbeitete er an der Victoria University of Manchester als Langworthy Professor of Physics. 1937 wurde er Direktor des National Physical Laboratory in Teddington.
Nach dem Zweiten Weltkrieg kehrte Bragg nach Cambridge zurück und teilte das Cavendish Laboratory in Forschungsgruppen auf. Er war der Überzeugung, dass „die ideale Forschungseinheit eine Gruppe von sechs bis zwölf Wissenschaftlern und einigen Assistenten ist".
University of Manchester 1919–1937
Nach seiner Demobilisierung kehrte er zur Kristallographie in Cambridge zurück. Sie hatten sich geeinigt, dass der Vater organische Kristalle studieren würde, der Sohn anorganische Verbindungen untersuchen würde. 1919, als Ernest Rutherford, ein langjähriger Familienfreund, nach Cambridge zog, ersetzte Lawrence Bragg ihn als Langworthy Professor of Physics an der Victoria University of Manchester. Er rekrutierte eine ausgezeichnete Fakultät, einschließlich ehemaliger Schallpeiler, aber er glaubte, dass sein Physikunterricht schwach war und er keine Unterrichtserfahrung hatte. Die Studenten, viele Veteranen, waren kritisch und rowdy. Er war zutiefst erschüttert, aber mit Familienunterstützung sammelte er sich wieder und siegte. Er und R. W. James maßen die absolute Energie von reflektierten Röntgenstrahlen, was eine von C. G. Darwin vor dem Krieg abgeleitete Formel validierte. Jetzt konnten sie die Anzahl der Elektronen in den reflektierenden Zielen bestimmen, und sie waren in der Lage, die Strukturen komplizierterer Kristalle wie Silikate zu entschlüsseln. Es war immer noch schwierig: erforderte wiederholtes Raten und Wiederholen. In den späten 1920er Jahren erleichterten sie die Analyse durch die Verwendung von Fourier-Transformationen auf den Daten.
1930 wurde er zutiefst verstört, während er ein Stellenangebot vom Imperial College London in Betracht zog. Seine Familie rallierte sich zusammen und er erlangte sein Gleichgewicht zurück, während sie 1931 in München verbrachten, wo er forschte.
National Physical Laboratory 1937–1938
1937 wurde er Direktor des National Physical Laboratory in Teddington und brachte einige Mitarbeiter mit. Verwaltung und Ausschüsse nahmen jedoch viel seiner Zeit von der Werkbank weg.
University of Cambridge 1938–1954
Rutherford starb und der Suchausschuss benannte Lawrence Bragg als nächsten in der Reihe der Cavendish-Professoren, die das Cavendish Laboratory leiten. Das Labor hatte eine hervorragende Geschichte in der Atomphysik und einige Mitglieder waren skeptisch gegenüber einem Kristallographen, was Bragg durch faire Verwaltung überwand. Er arbeitete an der Verbesserung der Interpretation von Beugungsmustern. In der kleinen Kristallographiegruppe war ein Flüchtlingsstudent ohne Mentor: Max Perutz. Er zeigte Bragg Röntgenbeugungsdaten aus Hämoglobin, die darauf hindeuteten, dass die Struktur riesiger biologischer Moleküle entschlüsselt werden könnte. Bragg ernannte Perutz zu seinem Forschungsassistenten und erhielt innerhalb weniger Monate zusätzliche Unterstützung durch ein Stipendium der Rockefeller Foundation. Die Arbeit wurde während des Zweiten Weltkriegs ausgesetzt, als Perutz als feindlicher Ausländer interniert wurde und dann in militärischer Forschung tätig war.
Während des Krieges bot das Cavendish einen verkürzten Graduiertenkurs an, der die für Radar erforderliche Elektronik betonte. Bragg arbeitete an der Struktur von Metallen und konsultierte zu Sonar und Schallpeilen; sie verwendeten immer noch das Tucker-Mikrofon. 1941 wurde er Sir Lawrence. Sein Vater starb 1942, während Bragg sechs Monate lang als wissenschaftlicher Verbindungsoffizier nach Kanada diente. Er organisierte regelmäßige Konferenzen zur Röntgenanalyse, die in militärischer Forschung weit verbreitet war.
Nach dem Krieg leitete er die Bildung der International Union of Crystallography und wurde ihr erster Präsident. Er reorganisierte das Cavendish in Einheiten, um seiner Überzeugung Ausdruck zu verleihen, dass „die ideale Forschungseinheit eine Gruppe von sechs bis zwölf Wissenschaftlern und einigen Assistenten ist, unterstützt von ein oder mehr erstklassigen Instrumentenmechanikern und einer Werkstatt, in der die allgemeine Ausrüstung hergestellt werden kann." Leitende Mitarbeiter hatten nun Büros, Telefone und Sekretariatshilfe. Der Umfang der Abteilung wurde mit einer neuen Einheit zur Radioastronomie erweitert. Seine eigene Arbeit konzentrierte sich auf die Struktur von Metallen mit Röntgenstrahlen und dem Elektronenmikroskop. 1947 überredete er den Medical Research Council (MRC), zu unterstützen, was er als den „tapferen Versuch" beschrieb, die Proteinstruktur als Laboratory of Molecular Biology zu bestimmen, bestehend zunächst aus Perutz, John Kendrew und zwei Assistenten. Bragg arbeitete mit ihnen zusammen; bis 1960 hatten sie die Struktur von Myoglobin auf atomarer Ebene gelöst. Danach war er weniger beteiligt; ihre Analyse von Hämoglobin war einfacher, nachdem sie zwei Quecksilberatome als Marker in jedem Molekül einbauten. Der erste monumentale Triumph des MRC war die Entschlüsselung der DNA-Struktur durch James Watson und Francis Crick. Bragg kündigte die Entdeckung auf einer Solvay-Konferenz über Proteine in Belgien am 8. April 1953 an; sie wurde von der Presse nicht berichtet. Danach hielt er einen Vortrag an der Guy's Hospital Medical School in London am Donnerstag, 14. Mai 1953, was zu einem Artikel von Ritchie Calder in der News Chronicle of London am Freitag, 15. Mai 1953, mit dem Titel „Why You Are You. Nearer Secret of Life" führte. Bragg nominierte Crick, Watson und Maurice Wilkins für den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1962; Wilkins' Anteil würdigte den Beitrag von Röntgenkristallographen des King's College London. Unter ihnen war Rosalind Franklin, deren „Fotografie 51" zeigte, dass DNA eine Doppelhelix war, nicht die Dreifachhelix, die Linus Pauling vorgeschlagen hatte. Franklin starb vor dem Preis, der nur an lebende Menschen verliehen wird.
The Royal Institution 1954–1971
1953 zogen die Braggs in die elegante Wohnung des Resident Professor in der Royal Institution in London, die Position, die sein Vater innehatte, als er starb. 1934 und 1961 hatte Lawrence die Royal Institution Christmas Lecture gehalten und seit 1938 war er Professor of Natural Philosophy in der Institution und hielt jährlich einen Vortrag. Die Nachfolger seines Vaters hatten die Institution geschwächt, daher musste Bragg sie wiederaufbauen. Er stärkte die Finanzen durch die Gewinnung von Unternehmenspartnern; die traditionellen Friday Evening Discourses wurden von einem Dinner für den Redner und sorgfältig ausgewählte mögliche Gönner gefolgt, mehr als 120 von ihnen jedes Jahr. „Zwei dieser Discourses 1965 bereiteten ihm besondere Freude. Am 7. Mai hielt Lady Bragg, die Mitglied der Royal Commission on Marriage and Divorce 1951–55 war und Vorsitzende des National Marriage Guidance Council war, einen Vortrag über „Changing patterns in marriage and divorce"; und am 15. November hörte Bragg mit offensichtlichem Stolz dem Discourse über „Oscillations and noise in jet engines" zu, gegeben von seinem Ingenieur-Sohn Stephen, der damals Chief Scientist bei Rolls Royce Ltd war und später Vice-Chancellor der Brunel University wurde." Er führte auch ein hochgeachtetes Schools' Lectures-Programm ein, belebt durch die aufwendigen Demonstrationen, die ein Merkmal der Institution waren. Er hielt drei dieser Vorträge über „Elektrizität".
Er setzte die Forschung in der Institution fort, indem er eine kleine Gruppe rekrutierte, um in der Davy-Faraday Laboratory im Untergeschoss und im angrenzenden Haus zu arbeiten, unterstützt durch Stipendien, die er erhielt. Ein Besucher des Labors gelang es, schwere Metalle in das Enzym Lysozym einzuführen; die Struktur seines Kristalls wurde 1965 in der Royal Institution von D. C. Phillips und seinen Mitarbeitern gelöst, mit den Berechnungen der 9.040 Reflexionen durchgeführt auf dem digitalen Computer an der University of L
