ローレンス・ブラッグ

1912年、ケンブリッジ大学の1年生研究学生だったW・L・ブラッグは、川沿いを散歩中に、平行に並んだ原子層からなる結晶は、ほとんどの角度で表面に入射するX線ビームを回折しないというひらめきを得た。これは、原子との衝突によって偏向したX線が位相がずれて互いに打ち消し合うためである。しかし、X線ビームが結晶内の原子層間の距離がX線の波長と等しくなる角度で入射すると、偏向したX線は同位相になり、近くのフィルム上にスポットを形成する。このひらめきから、彼はX線の波長と単純結晶内の原子層間の距離を、入射するX線ビームが反射される角度に関連付ける、単純なブラッグの法則を導き出した。

彼の父親は、反射エネルギーを測定しながら結晶を正確な角度に回転できる装置を製作した。これにより、父と息子はいくつかの単純な結晶の原子層間の距離を測定することができた。彼らは結晶の重量とアボガドロ定数から原子の間隔を計算し、それによってX線管内のさまざまな金属ターゲットによって生成されるX線の波長を測定することができた。WHブラッグは会議や論文で彼らの結果を報告し、方程式については「彼の息子」（名前は明かされていない）に功績を与えたが、共著者としては認めなかったため、息子は「いくらかの心の痛み」を抱え、それを克服することはなかった。^{[ 12 ]}

ブラッグは第一次世界大戦初期に王立騎馬砲兵隊のレスターシャー砲兵隊の少尉として任官した。^{[ 13 ]} 1915年、彼は敵の砲撃音から敵の砲兵の位置を特定する方法を開発するために王立工兵隊に派遣された。 ^{[ 14 ] [ 15 ]} 1915年9月2日、彼の兄弟はガリポリ作戦中に戦死した。^{[ 16 ]}その後まもなく、彼と彼の父親はノーベル物理学賞を受賞した。彼は25歳で、科学分野では最年少の受賞者である。音による測距の問題は、重砲の轟音がマイクロホンで検出するには低すぎる周波数で発生することだった。数ヶ月にわたる苛立たしい失敗の後、彼と彼のグループは問題を解決する熱線式空気波検出器を考案した。この研究において、彼はチャールズ・ゴルトン・ダーウィン、ウィリアム・サンソム・タッカー、ハロルド・ローパー・ロビンソン、エドワード・アンドラーデ^{[ 17 ]}、ヘンリー・ハロルド・ヘミングの協力を得た。イギリスの音響測距は非常に効果的で、イギリス軍の各部隊にその部隊があり、アメリカ軍が参戦した際にそのシステムが採用されました。戦争中の功績により、彼はミリタリー・クロス^{[ 18 ]}を授与され、大英帝国勲章オフィサー（OBE）に任命されました^{[ 19 ]}。また、1916年6月16日、1917年1月4日、1919年7月7日の戦功報告書にも名前が挙げられています^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]。}

熱線式測距は第二次世界大戦中に使用され、彼はその間民間顧問として従事した。^{[ 23 ]}

両大戦間の1919年から1937年まで、彼はマンチェスターのビクトリア大学でラングワージー物理学教授として勤務した。 1937年にはテディントンの国立物理研究所の所長に就任した。^{[ 24 ]}

第二次世界大戦後、ブラッグはケンブリッジに戻り、キャベンディッシュ研究所を研究グループに分割した。彼は「理想的な研究単位は、6人から12人の科学者と数人の助手で構成される」と信じていた。

除隊後、彼はケンブリッジ大学で結晶学の研究に戻った。父は有機結晶を研究し、息子は無機化合物を研究することで合意していた。^{[ 25 ] [ 5 ]} 1919年、長年の家族ぐるみの友人であるアーネスト・ラザフォードがケンブリッジに移ったとき、ローレンス・ブラッグはマンチェスターのヴィクトリア大学のラングワージー物理学教授として彼の後任となり、1919年11月4日にマンチェスター文学哲学協会の会員に選出された。彼は元音響技師を含む優秀な教員を採用したが、物理学の知識が乏しく、教室での経験がないと感じていた。学生の多くは退役軍人で、批判的で騒がしかった。彼は深く動揺したが、家族の支えで気を取り直し、成功した。彼とRWジェームズは反射X線の絶対エネルギーを測定し、戦争前にCGダーウィンが導き出した公式を検証した。^{[ 26 ]}これで反射ターゲット内の電子の数を決定できるようになり、ケイ酸塩のようなより複雑な結晶の構造を解読できるようになりました。それでもまだ難しく、何度も推測してやり直す必要がありました。1920年代後半には、データにフーリエ変換を使用することで分析が容易になりました。

1930年、彼はロンドンのインペリアル・カレッジからの仕事のオファーを検討している最中に、深刻な精神的不安に陥った。家族が彼を支え、1931年にミュンヘンで研究活動を行う中で、彼は心の平静を取り戻した。

彼は1937年にテディントンの国立物理研究所の所長に就任し、何人かの同僚を連れてきた。 ^{[ 24 ]}しかし、管理業務や委員会活動に多くの時間を費やし、研究室から離れることになった。

ラザフォードが亡くなり、選考委員会はキャベンディッシュ研究所を率いるキャベンディッシュ教授の次期候補としてローレンス・ブラッグを指名した。研究所は原子物理学において輝かしい歴史を持ち、一部のメンバーは結晶学者の就任に警戒心を抱いていたが、ブラッグは公平な運営でそれを克服した。彼は回折パターンの解釈の改善に取り組んだ。小規模な結晶学グループには、指導教官のいない難民研究学生マックス・ペルーツがいた。彼はヘモグロビンのX線回折データをブラッグに見せ、巨大な生体分子の構造が解明できる可能性を示唆した。ブラッグはペルーツを研究助手として任命し、数か月以内にロックフェラー財団からの助成金を得て、さらなる支援を得た。ペルーツが敵性外国人として抑留され、その後軍事研究に従事した第二次世界大戦中、研究は中断された。

戦時中、キャベンディッシュ大学はレーダーに必要な電子工学に重点を置いた短縮版の大学院課程を提供した。ブラッグは金属の構造を研究し、ソナーや音波測距のコンサルタントを務めた。これらの用途には、当時まだタッカーマイクロホンが使われていた。ブラッグは1941年にナイトの称号を授与され、サー・ローレンスとなった。1942年に父親が亡くなった後、ブラッグは6か月間、カナダへの科学連絡官を務めた。彼はまた、軍事研究で広く用いられていたX線分析に関する定期的な会議を組織した。

戦後、ブラッグは国際結晶学連合の設立を主導し、初代会長に選出された。彼は「理想的な研究ユニットは、6人から12人の科学者と数人の助手、1人以上の一流の機器整備士、そして一般的な装置を製作できる作業場から構成される」という自身の信念を反映させるため、キャベンディッシュ研究所をユニットに再編成した。^{[ 27 ]}上級職員にはオフィス、電話、秘書サポートが与えられた。部門の範囲は、電波天文学の新しいユニットによって拡大された。ブラッグ自身の研究は、X線と電子顕微鏡の両方を使用して金属の構造に焦点を当てていた。1947年、彼は「勇敢な試み」^{[ 28 ]}と彼が表現したタンパク質構造の決定を分子生物学研究所として支援するよう医学研究評議会（MRC）を説得した。当初はペルーツ、ジョン・ケンドリュー、2人の助手で構成されていた。ブラッグは彼らと協力し、1960年までにミオグロビンの構造を原子レベルで解明した。^{[ 29 ]}その後、ブラッグの関与は減った。各分子にマーカーとして2つの水銀原子を組み込んだことで、ヘモグロビンの分析が容易になった。MRCの最初の記念碑的な勝利は、ジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックによるDNAの構造の解読だった。ブラッグは1953年4月8日にベルギーのソルベイのタンパク質に関する会議でこの発見を発表したが、報道機関には報道されなかった。その後、1953年5月14日木曜日にロンドンのガイ病院医学部で講演を行い、その結果、 1953年5月15日金曜日にロンドンのニュース・クロニクル紙にリッチー・カルダーによる「なぜあなたはあなたなのか。生命のより近い秘密」というタイトルの記事が掲載された。ブラッグはクリック、ワトソン、モーリス・ウィルキンスを1962年のノーベル生理学・医学賞に推薦した。ウィルキンスの受賞は、キングス・カレッジ・ロンドンのX線結晶学者たちの貢献を認めたものであった。^{[ 30 ]}その中には、 DNAがライナス・ポーリングが提唱した三重らせんではなく二重らせんであることを示した「写真51 」のロザリンド・フランクリンもいた。フランクリンは、ノーベル賞（存命の人物にのみ授与される）が授与される前に亡くなった。

1953年、ブラッグ一家はロンドンの王立研究所の常駐教授用の優雅なアパートに引っ越した。これは、彼の父が亡くなるまで務めていた役職だった。ローレンスは1934年と1961年に王立研究所のクリスマス講演を行い、1938年からは同研究所の自然哲学教授として毎年講演を行っていた。彼の父の後継者たちが研究所を弱体化させていたため、ブラッグはそれを再建しなければならなかった。彼は企業スポンサーを募ることで財政を強化し、伝統的な金曜夜の講演の後には、講演者と厳選された後援者（毎年120人以上）のための夕食会が開かれた。 「1965年に行われたこれらの講演のうち2つは、彼にとって特に喜ばしいものであった。5月7日には、王立結婚離婚委員会（1951～55年）の委員であり、全国結婚指導協議会の議長を務めていたブラッグ夫人が『結婚と離婚の変遷』について講演し、11月15日には、当時ロールス・ロイス社の主任科学者であり、後にブルネル大学の副学長となったエンジニアの息子スティーブンによる『ジェットエンジンの振動と騒音』についての講演を、ブラッグは明らかに誇らしげに聴講した。」^{[ 31 ]}また、彼は、研究所の特徴であった精巧な実演によって活気づけられた、高く評価されている学校向け講演プログラムも導入した。彼はこれらの講演のうち3つを「電気」について行った。^{[ 32 ]}

彼は、獲得した助成金の支援を受けて、地下室と隣接する建物にあるデービー・ファラデー研究所で働く少数のグループを募集し、研究所での研究を続けた。研究所を訪れた人物が、重金属を酵素リゾチームに挿入することに成功した。その結晶構造は、1965年に王立研究所でデイビッド・チルトン・フィリップスとその同僚によって解明され、ロンドン大学のデジタルコンピュータで9,040の反射の計算が行われ、作業が大幅に容易になった。^{[ 33 ]}鎖内のアミノ酸の位置を示す図のうち2つはブラッグによって描かれた。アミノ酸残基の約80パーセントがαヘリックス構造にあるミオグロビンとは異なり、リゾチームでは、αヘリックス含有量は4つの主要な領域に見られるアミノ酸残基の約40パーセントにすぎない。他の部分は、彼らが以前に提案した立体配座である3 ₁₀ヘリックスである。 ^{[ 34 ]}この立体配座では、3 番目のペプチドごとに最初のペプチドに水素結合し、10 個の原子を含む環を形成する。彼らは、ブラッグの 75 歳の誕生日までに酵素の完全な構造を解明した。彼は 1966 年に名誉教授になった。

タンパク質構造のX線解析はその後数年間で発展し、世界中の研究所で数十のタンパク質の構造が決定されました。X線解析を用いた研究に対して28のノーベル賞が授与されています。この方法の欠点は、結晶に対して行う必要があるため、酵素が基質などに結合する際の形状変化を観察できないことです。この問題は、ブラッグが始めた別の研究分野、すなわち改良型電子顕微鏡を用いて凍結した単​​一分子を画像化するクライオ電子顕微鏡法の開発によって解決されました。^{[ 35 ]}

王立研究所との長年にわたる関わりの中で、彼は以下のことを成し遂げた。

• 自然哲学教授（1938年～1953年）
• フラーリアン化学教授（1954年～1966年）
• 下院院長、1954年～1966年
• デービー・ファラデー研究所所長（1954年～1966年）
• 王立研究所所長（1965年～1966年）
• 名誉教授、1966 ～ 1971 年