L'important en science n'est pas tant d'obtenir de nouveaux faits que de découvrir de nouvelles façons de les concevoir.
Sir William Lawrence Bragg était un physicien britannique d'origine australienne et cristallographe en rayons X, découvreur en 1912 de la loi de Bragg sur la diffraction des rayons X, qui est fondamentale pour la détermination de la structure cristalline. Il a reçu conjointement avec son père, William Henry Bragg, le prix Nobel de physique en 1915, « Pour leurs services dans l'analyse de la structure cristalline au moyen des rayons X » ; une étape importante dans le développement de la cristallographie aux rayons X.
Bragg a été anobli en 1941. En 2020, il est le plus jeune lauréat du prix Nobel de physique jamais enregistré, ayant reçu le prix à l'âge de 25 ans ; le plus jeune lauréat du prix Nobel dans n'importe quel domaine est Malala Yousafzai, qui a reçu le prix Nobel de la paix en 2014 à l'âge de 17 ans. Bragg était directeur du Cavendish Laboratory, Cambridge, quand la découverte de la structure de l'ADN a été rapportée par James D. Watson et Francis Crick en février 1953.
Biographie
Premières années
Bragg est né à Adélaïde, Australie-Méridionale, d'une part de Sir William Henry Bragg (1862–1942), professeur principal de mathématiques et physique à l'Université d'Adélaïde, et de Gwendoline (1869–1929), fille de Sir Charles Todd, astronome du gouvernement de l'Australie-Méridionale.
Il a montré un intérêt précoce pour la science et les mathématiques. Peu après le début de sa scolarité, il est tombé de son tricycle et s'est cassé le bras. Son père, qui avait lu des articles sur les expériences de Röntgen en Europe et menait ses propres expériences, a utilisé les rayons X nouvellement découverts et son équipement expérimental pour examiner le bras cassé. Il s'agit du premier usage chirurgical enregistré des rayons X en Australie.
En 1900, Bragg était étudiant à la Queen's School, North Adélaïde, suivi de cinq ans à St Peter's College, Adélaïde. Il s'est rendu à l'Université d'Adélaïde à l'âge de 16 ans pour étudier les mathématiques, la chimie et la physique, et a obtenu son diplôme en 1908. Cette même année, son père a accepté la chaire Cavendish de physique à l'Université de Leeds et a amené la famille en Angleterre. Bragg est entré au Trinity College, Cambridge à l'automne 1909 et a reçu une bourse majeure en mathématiques, malgré avoir passé l'examen au lit avec une pneumonie. Après s'être d'abord distingué en mathématiques, il s'est réorienté vers la physique dans les dernières années de ses études et a obtenu son diplôme avec les honneurs de première classe en 1911. En 1914, Bragg a été élu Fellow au Trinity College – un Fellowship dans une université Cambridge implique la présentation et la défense d'une thèse.
Parmi les autres intérêts de Bragg figurait la collecte de coquillages ; sa collection personnelle comptait des spécimens d'environ 500 espèces ; tous personnellement collectés d'Australie-Méridionale. Il a découvert une nouvelle espèce de seiche – Sepia braggi, nommée en son honneur par Joseph Verco.
Carrière
Rayons X et l'équation de Bragg
La composition des rayons X était inconnue, son père soutenait que les rayons X sont des flux de particules, d'autres soutenaient que ce sont des ondes. Max von Laue a dirigé un faisceau de rayons X sur un cristal devant une plaque photographique ; à côté de la tache où le faisceau frappait, il y avait d'autres taches provenant de rayons déviés – donc les rayons X sont des ondes. En 1912, en tant qu'étudiant chercheur de première année à Cambridge, W. L. Bragg, en se promenant au bord de la rivière, a eu l'intuition que les cristaux formés de couches parallèles d'atomes ne diffractaient pas les faisceaux de rayons X qui frappaient leur surface à la plupart des angles, car les rayons X déviés par les collisions avec les atomes seraient déphasés, s'annulant mutuellement. Cependant, lorsque le faisceau de rayons X frappait à un angle auquel les distances qu'il parcourait entre les couches atomiques du cristal égalaient la longueur d'onde des rayons X, alors ceux-ci seraient en phase et produiraient une tache sur un film à proximité. À partir de cette intuition, il a écrit la simple équation de Bragg qui relie la longueur d'onde des rayons X et la distance entre les couches atomiques dans un cristal simple aux angles auxquels un faisceau de rayons X incident serait réfléchi.
Son père a construit un appareil dans lequel un cristal pouvait être tourné à des angles précis tout en mesurant l'énergie des réflexions. Cela a permis au père et au fils de mesurer les distances entre les couches atomiques dans un certain nombre de cristaux simples. Ils ont calculé l'espacement des atomes à partir du poids du cristal et de la constante d'Avogadro, ce qui leur a permis de mesurer les longueurs d'onde des rayons X produits par différentes cibles métalliques dans les tubes à rayons X. W. H. Bragg a rapporté leurs résultats lors de réunions et dans un article, donnant crédit à « son fils » sans nom pour l'équation, mais non en tant que co-auteur, ce qui a causé à son fils « quelques peines », qu'il n'a jamais surmontées.
Travail sur la localisation acoustique
Bragg a été commissionné au début de la Première Guerre mondiale dans la Royal Horse Artillery en tant que second lieutenant de la batterie Leicestershire. En 1915, il a été affecté aux Royal Engineers pour développer une méthode de localisation de l'artillerie ennemie à partir du bruit de son tir. Le 2 septembre 1915, son frère a été tué lors de la campagne des Dardanelles. Peu après, lui et son père ont reçu le prix Nobel de physique. Il avait 25 ans et reste le plus jeune lauréat scientifique. Le problème avec la localisation acoustique était que les canons lourds résonnaient à une fréquence trop basse pour être détectés par un microphone. Après des mois d'échec frustrant, lui et son groupe ont mis au point un détecteur d'ondes d'air à fil chaud qui a résolu le problème. Dans ce travail, il a été aidé par Charles Galton Darwin, William Sansome Tucker, Harold Roper Robinson et Henry Harold Hemming. La localisation acoustique britannique s'est avérée très efficace ; il y avait une unité dans chaque armée britannique et leur système a été adopté par les Américains quand ils sont entrés en guerre. Pour son travail pendant la guerre, il a reçu la Croix militaire et a été nommé Officier de l'Ordre de l'Empire britannique. Il a également été cité aux dépêches le 16 juin 1916, le 4 janvier 1917 et le 7 juillet 1919.
La localisation acoustique par fil chaud a été utilisée pendant la Seconde Guerre mondiale, au cours de laquelle il a servi en tant que conseiller civil.
Entre les guerres, de 1919 à 1937, il a travaillé à la Victoria University of Manchester en tant que Professeur Langworthy de physique. Il est devenu directeur du National Physical Laboratory à Teddington en 1937.
Après la Seconde Guerre mondiale, Bragg est retourné à Cambridge, divisant le Cavendish Laboratory en groupes de recherche. Il croyait que « l'unité de recherche idéale est composée de six à douze scientifiques et quelques assistants ».
University of Manchester 1919–1937
Après sa démobilisation, il est retourné à la cristallographie à Cambridge. Ils avaient convenu que le père étudierait les cristaux organiques, le fils enquêterait sur les composés inorganiques. En 1919, quand Ernest Rutherford, un ami de la famille de longue date, a déménagé à Cambridge, Lawrence Bragg l'a remplacé en tant que Professeur Langworthy de physique à la Victoria University of Manchester. Il a recruté une excellente faculté, y compris d'anciens experts en localisation acoustique, mais il croyait que sa connaissance de la physique était faible et il n'avait aucune expérience d'enseignement en classe. Les étudiants, beaucoup de vétérans, étaient critiques et turbulents. Il a été profondément secoué, mais avec le soutien de sa famille, il s'est ressaisi et a prévalu. Lui et R. W. James ont mesuré l'énergie absolue des rayons X réfléchis, ce qui a validé une formule dérivée par C. G. Darwin avant la guerre. Maintenant, ils pouvaient déterminer le nombre d'électrons dans les cibles réfléchissantes, et ils ont pu déchiffrer les structures de cristaux plus compliqués comme les silicates. C'était toujours difficile : nécessitant des devises répétées et des réessais. À la fin des années 1920, ils ont facilité l'analyse en utilisant les transformées de Fourier sur les données.
En 1930, il a été profondément troublé en évaluant une offre d'emploi de l'Imperial College, Londres. Sa famille s'est ralliée et il a retrouvé son équilibre tandis qu'ils ont passé 1931 à Munich, où il a fait de la recherche.
National Physical Laboratory 1937–1938
Il est devenu directeur du National Physical Laboratory à Teddington en 1937, amenant quelques collègues avec lui. Cependant, l'administration et les comités lui ont pris beaucoup de temps loin de l'établi.
University of Cambridge 1938–1954
Rutherford est décédé et le comité de recherche a nommé Lawrence Bragg comme prochain dans la ligne des professeurs Cavendish qui dirigent le Cavendish Laboratory. Le laboratoire avait une histoire éminente en physique atomique et certains membres se méfiaient d'un cristallographe, ce que Bragg a surmonté par une administration équitable. Il a travaillé à l'amélioration de l'interprétation des motifs de diffraction. Dans le petit groupe de cristallographie se trouvait un étudiant chercheur réfugié sans mentor : Max Perutz. Il a montré à Bragg des données de diffraction des rayons X de l'hémoglobine, ce qui suggérait que la structure des molécules biologiques géantes pouvait être déchiffrée. Bragg a nommé Perutz comme son assistant de recherche et en quelques mois a obtenu un soutien supplémentaire avec une subvention de la Fondation Rockefeller. Le travail a été suspendu pendant la Seconde Guerre mondiale quand Perutz a été interné en tant que ressortissant ennemi et a ensuite travaillé dans la recherche militaire.
Pendant la guerre, le Cavendish a offert un cours de troisième cycle raccourci qui mettait l'accent sur l'électronique nécessaire pour le radar. Bragg a travaillé sur la structure des métaux et a consulté sur le sonar et la localisation acoustique, ils utilisaient toujours le microphone Tucker. Il est devenu Sir Lawrence en 1941. Son père est décédé en 1942, au cours duquel Bragg a servi pendant six mois en tant qu'officier de liaison scientifique au Canada. Il a organisé des conférences périodiques sur l'analyse des rayons X, qui étaient largement utilisées dans la recherche militaire.
Après la guerre, il a mené la formation de l'Union internationale de cristallographie et a été élu son premier président. Il a réorganisé le Cavendish en unités pour refléter sa conviction que « l'unité de recherche idéale est composée de six à douze scientifiques et quelques assistants, aidés par un ou plusieurs mécaniciens d'instruments de première classe et un atelier dans lequel l'équipement général peut être construit ». Les membres du personnel supérieur avaient maintenant des bureaux, des téléphones et un soutien secrétarial. Le champ d'application du département a été élargi avec une nouvelle unité sur l'astronomie radio. Son propre travail s'est concentré sur la structure des métaux, en utilisant à la fois les rayons X et le microscope électronique. En 1947, il a persuadé le Medical Research Council (MRC) de soutenir ce qu'il a décrit comme la « tentative courageuse » de déterminer la structure des protéines en tant que Laboratoire de biologie moléculaire, composé initialement de Perutz, John Kendrew et deux assistants. Bragg a travaillé avec eux, et en 1960, ils avaient résolu la structure de la myoglobine au niveau atomique. Après cela, il a été moins impliqué ; leur analyse de l'hémoglobine a été facilitée après qu'ils aient incorporé deux atomes de mercure comme marqueurs dans chaque molécule. Le premier triomphe monumental du MRC a été le décodage de la structure de l'ADN par James Watson et Francis Crick. Bragg a annoncé la découverte lors d'une conférence Solvay sur les protéines en Belgique le 8 avril 1953, ce qui n'a pas été signalé par la presse. Il a ensuite donné une conférence à la Guy's Hospital Medical School à Londres le jeudi 14 mai 1953, ce qui a entraîné un article de Ritchie Calder dans le News Chronicle de Londres le vendredi 15 mai 1953, intitulé « Why You Are You. Nearer Secret of Life ». Bragg a nommé Crick, Watson et Maurice Wilkins pour le prix Nobel de physiologie ou médecine 1962 ; la part de Wilkins a reconnu la contribution des cristallographes de rayons X du King's College Londres. Parmi eux figurait Rosalind Franklin, dont la « photographie 51 » a montré que l'ADN était une double hélice, et non la triple hélice que Linus Pauling avait proposée. Franklin est décédée avant que le prix, qui ne s'adresse qu'aux vivants, ne soit décerné.
The Royal Institution 1954–1971
En 1953, les Bragg ont emménagé dans l'élégant appartement du Professeur résidant à la Royal Institution à Londres, le poste que son père occupait quand il est décédé. En 1934 et 1961, Lawrence avait donné la Royal Institution Christmas Lecture et depuis 1938, il était Professeur de philosophie naturelle à l'Institution, donnant une conférence annuelle. Les successeurs de son père avaient affaibli l'Institution, donc Bragg devait la reconstruire. Il a renforcé les finances en enrôlant des sponsors d'entreprise, les traditionnels Friday Evening Discourses étaient suivis d'un dîner pour l'orateur et les mécènes potentiels soigneusement sélectionnés, plus de 120 d'entre eux chaque année. « Deux de ces Discourses en 1965 lui ont procuré un plaisir particulier. Le 7 mai, Lady Bragg, qui avait été membre de la Royal Commission on Marriage and Divorce (1951–55) et était présidente du National Marriage Guidance Council, a donné une conférence intitulée « Changing patterns in marriage and divorce » ; et le 15 novembre, Bragg a écouté avec une fierté évidente le Discourse intitulé « Oscillations and noise in jet engines » donné par son fils ingénieur Stephen, qui était alors Chief Scientist chez Rolls Royce Ltd et devint plus tard Vice-Chancellor de l'Université Brunel. » Il a également introduit un programme de Schools' Lectures très appréciées, animées par les démonstrations élaborées qui étaient une caractéristique de l'Institution. Il a donné trois de ces conférences sur « l'électricité ».
Il a poursuivi la recherche à l'Institution en recrutant un petit groupe pour travailler au Davy-Faraday Laboratory au sous-sol et dans la maison adjacente, soutenu par les subventions qu'il a obtenues. Un visiteur du laboratoire a réussi à insérer des métaux lourds dans l'enzyme lysozyme ; la structure de son cristal a été résolue en 1965 à la Royal Institution par D. C. Phillips et ses collègues, avec les calculs sur les 9 040 réflexions effectués sur l'ordinateur numérique à l'Université de L
