Sir William Lawrence Bragg (31 de marzo de 1890 - 1 de julio de 1971) fue un físico y cristalógrafo de rayos X británico nacido en Australia , descubridor (1912) de la ley de difracción de rayos X de Bragg , que es básica para la determinación de la estructura cristalina . Fue co-ganador (con su padre, William Henry Bragg ) del Premio Nobel de Física en 1915, "por sus servicios en el análisis de la estructura cristalina por medio de rayos X "; [4] un paso importante en el desarrollo de la cristalografía de rayos X. [5]
Bragg fue nombrado caballero en 1941. [4] A partir de 2024, es el premio Nobel de Física más joven de la historia, habiendo recibido el premio a la edad de 25 años. [6] Bragg era el director del Laboratorio Cavendish , Cambridge, cuando James D. Watson y Francis Crick informaron sobre el descubrimiento de la estructura del ADN en febrero de 1953.
Bragg nació en Adelaida , Australia del Sur, hijo de Sir William Henry Bragg (1862-1942), [7] profesor de matemáticas y física en la Universidad de Adelaida , y Gwendoline (1869-1929), hija de Sir Charles Todd , astrónomo del gobierno de Australia del Sur.
En 1900, Bragg fue estudiante en la Queen's School, North Adelaide , seguido por cinco años en el St Peter's College, Adelaide . Fue a la Universidad de Adelaida a la edad de 16 años para estudiar matemáticas, química y física, graduándose en 1908. En el mismo año, su padre aceptó la cátedra Cavendish de física en la Universidad de Leeds y trajo a la familia a Inglaterra. Bragg ingresó en el Trinity College, Cambridge en el otoño de 1909 y recibió una importante beca en matemáticas, a pesar de tomar el examen mientras estaba en cama con neumonía . Después de sobresalir inicialmente en matemáticas, se transfirió al curso de física en los últimos años de sus estudios y se graduó con honores de primera clase en 1911. En 1914 Bragg fue elegido miembro del Trinity College; una beca en un colegio de Cambridge implica la presentación y defensa de una tesis. [8] [9]
Entre los otros intereses de Bragg se encontraba la recolección de conchas ; su colección personal incluía especímenes de unas 500 especies, todos ellos recolectados personalmente en el sur de Australia. Descubrió una nueva especie de sepia , Sepia braggi , que recibió el nombre de Joseph Verco en su honor . [10]
La composición de los rayos X era desconocida, su padre sostenía que los rayos X son corrientes de partículas, otros sostenían que son ondas. Max von Laue dirigió un haz de rayos X a un cristal frente a una placa fotográfica; junto al punto donde el haz impactó había puntos adicionales de rayos desviados; por lo tanto, los rayos X son ondas. [11] En 1912, como estudiante de investigación de primer año en Cambridge, WL Bragg, mientras paseaba por el río, tuvo la idea de que los cristales hechos de láminas paralelas de átomos no difractarían los rayos de rayos X que impactaran en su superficie en la mayoría de los ángulos porque los rayos X desviados por colisiones con átomos estarían desfasados, anulándose entre sí. Sin embargo, cuando el haz de rayos X impactara en un ángulo en el que las distancias que pasaba entre las láminas atómicas en el cristal fueran iguales a la longitud de onda de los rayos X, entonces los desviados estarían en fase y producirían un punto en una película cercana. A partir de esta idea, escribió la sencilla ecuación de Bragg , que relaciona la longitud de onda de los rayos X y la distancia entre las láminas atómicas de un cristal simple con los ángulos en los que se reflejaría un haz de rayos X incidente.
Su padre construyó un aparato en el que se podía girar un cristal en ángulos precisos mientras se medía la energía de las reflexiones. Esto permitió a padre e hijo medir las distancias entre las capas atómicas en una serie de cristales simples. Calcularon el espaciamiento de los átomos a partir del peso del cristal y la constante de Avogadro , lo que les permitió medir las longitudes de onda de los rayos X producidos por diferentes objetivos metálicos en los tubos de rayos X. WH Bragg informó de sus resultados en reuniones y en un artículo, dando crédito a "su hijo" (sin nombre) por la ecuación, pero no como coautor, lo que le causó a su hijo "algunos dolores de cabeza", que nunca superó. [12]
Bragg fue comisionado a principios de la Primera Guerra Mundial en la Artillería Montada Real como segundo teniente de la batería de Leicestershire . [13] En 1915 fue enviado a los Ingenieros Reales para desarrollar un método para localizar la artillería enemiga a partir del estruendo de sus disparos. [14] [15] El 2 de septiembre de 1915, su hermano murió durante la Campaña de Galípoli . [16] Poco después, él y su padre recibieron el Premio Nobel de Física. Tenía 25 años y sigue siendo el laureado científico más joven. El problema con la medición de la distancia por sonido era que los cañones pesados tronaban a una frecuencia demasiado baja para ser detectados por un micrófono. Después de meses de fracasos frustrantes, él y su grupo idearon un detector de ondas de aire de hilo caliente que resolvió el problema. En este trabajo fue ayudado por Charles Galton Darwin , William Sansome Tucker , Harold Roper Robinson , Edward Andrade [17] y Henry Harold Hemming. La medición de la distancia por sonido británica fue muy efectiva; Había una unidad en cada ejército británico y su sistema fue adoptado por los estadounidenses cuando entraron en la guerra. Por su trabajo durante la guerra se le concedió la Cruz Militar [18] y se le nombró Oficial de la Orden del Imperio Británico . [19] También fue mencionado en los despachos del 16 de junio de 1916, el 4 de enero de 1917 y el 7 de julio de 1919. [20] [21] [22]
La medición del sonido con alambre caliente se utilizó en la Segunda Guerra Mundial, durante la cual sirvió como asesor civil. [23]
Entre las dos guerras, de 1919 a 1937, trabajó en la Universidad Victoria de Manchester como profesor Langworthy de Física. En 1937 se convirtió en director del Laboratorio Nacional de Física de Teddington . [24]
Después de la Segunda Guerra Mundial, Bragg regresó a Cambridge y dividió el Laboratorio Cavendish en grupos de investigación. Creía que "la unidad de investigación ideal es aquella formada por seis a doce científicos y algunos asistentes".
Cuando se desmovilizó, regresó a la cristalografía en Cambridge. Habían acordado que el padre estudiaría cristales orgánicos y el hijo investigaría compuestos inorgánicos. [1] [4] En 1919, cuando Ernest Rutherford , un viejo amigo de la familia, se mudó a Cambridge, Lawrence Bragg lo reemplazó como profesor Langworthy de Física en la Universidad Victoria de Manchester . Reclutó un excelente cuerpo docente, incluidos antiguos guardabosques de sonido, pero creía que su conocimiento de la física era débil y no tenía experiencia en el aula. Los estudiantes, muchos de ellos veteranos, eran críticos y alborotadores. Estaba profundamente conmocionado, pero con el apoyo de la familia se recompuso y prevaleció. Él y RW James midieron la energía absoluta de los rayos X reflejados, lo que validó una fórmula derivada por CG Darwin antes de la guerra. [25] Ahora podían determinar el número de electrones en los objetivos reflectantes y pudieron descifrar las estructuras de cristales más complicados como los silicatos. Todavía era difícil: requería adivinar y volver a intentar. A finales de la década de 1920 facilitaron el análisis utilizando transformadas de Fourier sobre los datos.
En 1930, se sintió profundamente perturbado mientras sopesaba una oferta de trabajo en el Imperial College de Londres. Su familia se unió a él y recuperó el equilibrio mientras pasaban el año 1931 en Múnich, donde realizó investigaciones.
En 1937, se convirtió en director del Laboratorio Nacional de Física en Teddington [24] , y trajo consigo a algunos compañeros de trabajo. Sin embargo, la administración y los comités le quitaban gran parte de su tiempo fuera del trabajo.
Rutherford murió y el comité de búsqueda nombró a Lawrence Bragg como el siguiente en la línea de los profesores Cavendish que dirigen el Laboratorio Cavendish . El laboratorio tenía una historia eminente en física atómica y algunos miembros desconfiaban de un cristalógrafo, lo que Bragg superó con una administración imparcial. Trabajó en mejorar la interpretación de los patrones de difracción. En el pequeño grupo de cristalografía había un estudiante de investigación refugiado sin mentor: Max Perutz . Mostró a Bragg datos de difracción de rayos X de la hemoglobina , lo que sugería que la estructura de moléculas biológicas gigantes podría ser descifrada. Bragg nombró a Perutz como su asistente de investigación y en pocos meses obtuvo apoyo adicional con una beca de la Fundación Rockefeller . El trabajo se suspendió durante la Segunda Guerra Mundial cuando Perutz fue internado como extranjero enemigo y luego trabajó en investigación militar.
Durante la guerra, el Cavendish ofrecía un curso de posgrado abreviado que enfatizaba la electrónica necesaria para el radar . Bragg trabajó en la estructura de los metales y asesoró sobre sonares y medición del sonido, para lo que todavía se utilizaba el micrófono Tucker. Bragg fue nombrado caballero y se convirtió en Sir Lawrence en 1941. Después de que su padre muriera en 1942, Bragg sirvió durante seis meses como oficial de enlace científico en Canadá. También organizó conferencias periódicas sobre análisis de rayos X, que se utilizaron ampliamente en la investigación militar .
Después de la guerra, Bragg lideró la formación de la Unión Internacional de Cristalografía y fue elegido su primer presidente. Reorganizó el Cavendish en unidades para reflejar su convicción de que "la unidad de investigación ideal es una de seis a doce científicos y algunos asistentes, ayudados por uno o más mecánicos de instrumentos de primera clase y un taller en el que se puede construir el conjunto general de aparatos". [26] Los miembros superiores del personal ahora tenían oficinas, teléfonos y apoyo de secretaría. El alcance del departamento se amplió con una nueva unidad sobre radioastronomía. El propio trabajo de Bragg se centró en la estructura de los metales, utilizando tanto rayos X como el microscopio electrónico . En 1947 persuadió al Consejo de Investigación Médica (MRC) para que apoyara lo que describió como el "intento valiente" [27] de determinar la estructura de las proteínas como el Laboratorio de Biología Molecular , inicialmente formado por Perutz, John Kendrew y dos asistentes. Bragg trabajó con ellos y en 1960 habían resuelto la estructura de la mioglobina a nivel atómico. [28] Después de esto, Bragg se involucró menos; su análisis de la hemoglobina fue más fácil después de que incorporaran dos átomos de mercurio como marcadores en cada molécula. El primer triunfo monumental del MRC fue la decodificación de la estructura del ADN por parte de James Watson y Francis Crick . Bragg anunció el descubrimiento en una conferencia Solvay sobre proteínas en Bélgica el 8 de abril de 1953, aunque la prensa no lo informó. Luego dio una charla en la Escuela de Medicina del Hospital Guy en Londres el jueves 14 de mayo de 1953, que resultó en un artículo de Ritchie Calder en el News Chronicle de Londres el viernes 15 de mayo de 1953, titulado "Por qué eres tú. El secreto más cercano de la vida". Bragg nominó a Crick, Watson y Maurice Wilkins para el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1962; la parte de Wilkins reconoció la contribución de los cristalógrafos de rayos X del King's College de Londres . [29] Entre ellos se encontraba Rosalind Franklin , cuya “ fotografía 51 ” mostraba que el ADN era una doble hélice , no la triple hélice que había propuesto Linus Pauling . Franklin murió antes de que se otorgara el premio (que sólo se otorga a personas vivas).
En 1953, los Bragg se mudaron al elegante apartamento del profesor residente de la Royal Institution de Londres, el puesto que había ocupado su padre cuando murió. En 1934 y 1961, Lawrence había pronunciado la conferencia de Navidad de la Royal Institution y desde 1938 había sido profesor de Filosofía Natural en la institución, impartiendo una conferencia anual. Los sucesores de su padre habían debilitado la institución, por lo que Bragg tuvo que reconstruirla. Reforzó las finanzas reclutando patrocinadores corporativos; los tradicionales discursos de los viernes por la noche eran seguidos por una cena para el orador y posibles patrocinadores cuidadosamente seleccionados, más de 120 de ellos cada año. "Dos de estos discursos en 1965 le causaron un placer particular. El 7 de mayo, Lady Bragg, que había sido miembro de la Comisión Real sobre Matrimonio y Divorcio (1951-55) y fue presidenta del Consejo Nacional de Orientación Matrimonial , dio una conferencia sobre 'Patrones cambiantes en el matrimonio y el divorcio'; y el 15 de noviembre, Bragg escuchó con evidente orgullo el Discurso sobre 'Oscilaciones y ruido en los motores a reacción' pronunciado por su hijo ingeniero Stephen , que entonces era científico jefe en Rolls-Royce Ltd y más tarde se convirtió en vicerrector de la Universidad Brunel ". [30] También introdujo un programa de conferencias escolares muy valoradas, animadas por las elaboradas demostraciones que eran un sello distintivo de la institución. Dio tres de estas conferencias sobre "electricidad". [31]
Continuó la investigación en la Institución reclutando un pequeño grupo para trabajar en el Laboratorio Davy-Faraday en el sótano y en la casa contigua, con el apoyo de las becas que obtuvo. Un visitante del laboratorio logró insertar metales pesados en la enzima lisozima ; la estructura de su cristal fue resuelta en 1965 en la Royal Institution por DC Phillips y sus colaboradores, con los cálculos de las 9.040 reflexiones realizadas en la computadora digital de la Universidad de Londres, lo que facilitó enormemente el trabajo. [32] Dos de las ilustraciones de la posición de los aminoácidos en la cadena fueron dibujadas por Bragg. A diferencia de la mioglobina, en la que casi el 80 por ciento de los residuos de aminoácidos están en la conformación de hélice alfa , en la lisozima el contenido de hélice alfa es solo alrededor del 40 por ciento de los residuos de aminoácidos que se encuentran en cuatro tramos principales. Otros tramos son de la hélice 3 10 , una conformación que habían propuesto anteriormente. [33] En esta conformación, cada tercer péptido está unido por enlaces de hidrógeno al primero, formando así un anillo que contiene diez átomos. Tenían la estructura completa de una enzima a tiempo para el 75.° cumpleaños de Bragg. Se convirtió en profesor emérito en 1966.
El análisis de la estructura de las proteínas por rayos X floreció en los años siguientes, y permitió determinar la estructura de decenas de proteínas en laboratorios de todo el mundo. Se han concedido veintiocho premios Nobel por trabajos realizados con análisis por rayos X. La desventaja de este método es que debe realizarse sobre cristales, lo que impide ver cambios de forma cuando las enzimas se unen a sustratos y similares. Este problema se resolvió con el desarrollo de otra línea iniciada por Bragg, que utilizaba microscopios electrónicos modificados para obtener imágenes de moléculas individuales congeladas: la criomicroscopía electrónica . [34]
En su larga asociación con la Institución Real fue:
En 1921 se casó con Alice Hopkinson (1899-1989), prima de un amigo que había muerto en la guerra. Tuvieron cuatro hijos, el ingeniero Stephen Lawrence (1923-2014), David William (1926-2005), Margaret Alice (1931-2022) (que se casó con el diplomático Mark Heath ) y Patience Mary (1935-2020). Alice formó parte del personal de la escuela de niñas Withington hasta que Bragg fue nombrada directora del Laboratorio Nacional de Física en 1937. [24] Participó activamente en varios organismos públicos y fue alcaldesa de Cambridge de 1945 a 1946.
Las aficiones de Bragg incluían el dibujo (las cartas familiares estaban ilustradas con animados bocetos), la pintura, la literatura y un interés de toda la vida por la jardinería. [35] Cuando se mudó a Londres, extrañaba tener un jardín y, por lo tanto, trabajó como jardinero a tiempo parcial, sin que su empleador lo reconociera, hasta que un invitado en la casa expresó su sorpresa al verlo allí. [36] Murió en un hospital cerca de su casa en Waldringfield , Ipswich , Suffolk. Fue enterrado en el Trinity College, Cambridge ; su hijo David está enterrado en el cementerio de la parroquia de Ascension en Cambridge, donde también está enterrado el amigo de Bragg, que de haber sobrevivido habría sido su cuñado, Rudolph Cecil Hopkinson.
En agosto de 2013, el pariente de Bragg, el locutor Melvyn Bragg , presentó un programa en la BBC Radio 4 ("Bragg on the Braggs") sobre los ganadores del Premio Nobel de Física de 1915. [37] [38]
Bragg fue elegido miembro de la Royal Society (FRS) en 1921 [1] , "una cualificación que hace que las demás sean irrelevantes". [39] Fue nombrado caballero por el rey Jorge VI en los honores de Año Nuevo de 1941, [40] y recibió tanto la Medalla Copley como la Medalla Real de la Royal Society . Aunque Graeme Hunter, en su libro sobre Bragg Light is a Messenger , argumentó que era más un cristalógrafo que un físico, la actividad de toda la vida de Bragg demostró lo contrario: era más un físico que cualquier otra cosa. Así, de 1939 a 1943, se desempeñó como presidente del Instituto de Física de Londres. [8] En los honores de Año Nuevo de 1967 fue nombrado miembro de la Orden de los Compañeros de Honor por la reina Isabel II . [41]
Desde 1967, el Instituto de Física otorga la Medalla y el Premio Lawrence Bragg . Además, desde 1992, el Instituto Australiano de Física otorga la Medalla de Oro Bragg a la Excelencia en Física [42] para conmemorar a Lawrence Bragg (al frente de la medalla) y a su padre, William Bragg, por la mejor tesis doctoral de un estudiante en una universidad australiana .
El distrito electoral de Bragg , en la Cámara de la Asamblea Legislativa de Australia del Sur , fue creado en 1970 y recibió el nombre de William y Lawrence Bragg.
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