William Henry Bragg : Le démarrage tardif qui a lu les cristaux

À l'âge de quarante ans, il n'avait presque rien publié. Il avait passé dix-huit ans de l'autre côté du globe à enseigner les mathématiques et la physique à des étudiants australiens, et avait obtenu ce poste à vingt-trois ans en ne connaissant, de son propre aveu, que très peu de physique. Puis, en 1904, il a commencé à faire de la recherche — et en trois ans, il était membre de la Royal Society, en onze ans lauréat du prix Nobel et en dix-neuf ans directeur de la Royal Institution. La carrière de William Henry Bragg réfute l'idée selon laquelle la physique est le domaine des jeunes.

Une ferme du Cumberland et un troisième Wrangler

Il est né à Westward dans le Cumberland le 2 juillet 1862. Sa mère est décédée alors qu'il avait sept ans et il a été élevé par un oncle, passant par la Robert Smyth Academy puis le King William's College sur l'île de Man avant d'entrer au Trinity College de Cambridge. En 1884, il est arrivé troisième Wrangler au tripos de mathématiques — le troisième du pays à l'examen le plus difficile organisé par la Grande-Bretagne à l'époque.

Vingt-trois ans et presque aucune physique

Deux ans plus tard, âgé de vingt-trois ans, il est nommé Elder Professor de mathématiques et de physique à l'université d'Adélaïde. Pour les mathématiques, il était prêt. Pour la physique, non, et une grande partie de ses premières années australiennes fut consacrée à l'acquérir et à construire les installations scientifiques de l'université à partir de presque rien. En 1889, il épousa Gwendoline Todd, fille de l'astronome Charles Todd ; ils eurent trois enfants, Gwendolen, Lawrence et Robert. Pendant près de deux décennies, Bragg fut, selon les normes de la recherche en physique, invisible.

Commencer à quarante et un ans

Le changement est survenu en 1904, alors qu'il avait quarante et un ans, avec des travaux sur l'ionisation des gaz et l'absorption des particules alpha. Il s'agissait d'une physique expérimentale sérieuse du type de celle qui remodelait alors la compréhension de la matière, et elle fut rapidement reconnue : son élection à la Royal Society suivit dans les trois ans. En 1909, il rentra en Angleterre comme professeur à l'université de Leeds.

Leeds, et le spectromètre

En 1912, Max von Laue avait montré qu'un cristal diffracte les rayons X en un motif caractéristique de taches — un résultat qui prouvait simultanément que les rayons X se comportent comme des ondes et démontrait que les cristaux sont construits sur un réseau régulier. Laue possédait le phénomène. Ce qui manquait encore, c'était une méthode.

Bragg a fourni une moitié de la méthode et son fils aîné l'autre. Lawrence, alors un jeune homme à Cambridge, a élaboré la relation universellement appelée loi de Bragg : une équation reliant la longueur d'onde des rayons X, l'espacement entre les plans d'atomes dans le cristal et l'angle sous lequel les rayons sont réfléchis. Une fois réorganisée, elle permet de mener le raisonnement à l'envers : mesurer les angles, connaître la longueur d'onde et calculer où se trouvent les atomes.

William Henry Bragg a construit l'instrument qui a rendu cela pratique. Son spectromètre à rayons X a permis aux réflexions d'une face cristalline d'être mesurées systématiquement et précisément plutôt que photographiées et devinées, et avec lui, ils ont tous deux commencé à élaborer l'architecture atomique de substances réelles, en commençant par des sels simples et de petites molécules. Ensemble, ils ont transformé une curiosité en une technique, et la technique en une science. Le prix Nobel de physique 1915 a été attribué aux deux, pour l'analyse de la structure cristalline par les rayons X. Lawrence avait vingt-cinq ans et est resté le plus jeune lauréat de l'histoire du prix jusqu'en 2014. C'est toujours le seul Nobel partagé par un père et un fils pour le même travail.

1915 ne fut pas une bonne année pour la famille. Robert Bragg, le fils cadet, mourut de ses blessures à Gallipoli en septembre de cette année-là.

La Royal Institution

Bragg a rejoint l'University College de Londres en 1915 et, en 1923, la Royal Institution en tant que professeur Fullerian, la dirigeant ainsi que son laboratoire Davy Faraday pour le reste de sa vie. Il a fait de la RI l'un des principaux centres mondiaux de cristallographie, et il était un conférencier exceptionnellement doué — un habitué des conférences de Noël de la Royal Institution, avec des livres sur le son et la lumière destinés au grand public. Il a été anobli en 1920, a reçu la médaille Rumford en 1916, la médaille Copley en 1930 et l'ordre du Mérite en 1931, et a été président de la Royal Society de 1935 à 1940.

Pourquoi William est qualifié de génie

Le compte rendu honnête doit commencer par la question du crédit, car elle poursuit le nom de Bragg depuis un siècle. La loi appartient à Lawrence. Son père l'a dit à l'époque, écrivant à Nature que son fils avait produit la théorie permettant de calculer les positions des taches pour n'importe quel arrangement de cristal et de plaque, et Lawrence l'a dit à la fin de sa vie : « On dit parfois que mon père et moi avons commencé l'analyse par rayons X ensemble, mais en fait ce n'était pas le cas. » Le monde a néanmoins continué à attribuer le crédit à l'homme le plus âgé et le plus célèbre — Lawrence a été écarté de la conférence Solvay de 1913 à laquelle son père a assisté, et le commentaire de Rutherford à William sur leur médaille Barnard partagée en 1915 était : « Il est très tôt pour que votre garçon obtienne ces distinctions. » William lui-même a observé que les gens avaient tendance à lui donner le premier crédit lors d'occasions où son fils devrait l'avoir. Lawrence a pris l'habitude d'utiliser son deuxième prénom pour éviter la confusion.

Ainsi, le cas de William Henry Bragg ne peut reposer sur la théorie. Il repose sur l'instrumentation et le jugement. Le spectromètre à rayons X est la raison pour laquelle la cristallographie est devenue une discipline de travail plutôt qu'une démonstration : un appareil suffisamment précis pour convertir un motif de diffraction en une mesure fiable, conçu par quelqu'un possédant la combinaison rare des mathématiques d'un Wrangler et des mains d'un expérimentateur pratique. Et il y a le tempérament — un homme qui a appris lui-même une matière entière à vingt-cinq ans, a commencé des recherches originales à quarante et un ans, puis, au sommet de sa gloire, a passé son énergie à insister publiquement sur le fait que l'idée centrale appartenait à son fils. Ce n'est pas du génie au sens habituel. C'est quelque chose de plus rare.

Héritage

Bragg est décédé d'une insuffisance cardiaque à Londres le 12 mars 1942, à l'âge de soixante-dix-neuf ans. La méthode qu'il a fondée avec Lawrence a permis de déterminer la structure de l'arrangement atomique dans les métaux, les minéraux, les vitamines, les protéines et, en 1953, l'ADN — un travail effectué dans des institutions que les Bragg avaient façonnées, par des chercheurs utilisant les descendants du spectromètre qu'il avait construit à Leeds. Plus de prix Nobel ont été décernés grâce à la cristallographie aux rayons X que presque toute autre technique unique dans les sciences physiques. La majeure partie de ce que nous savons sur la forme du monde moléculaire a été lue sur des cristaux par la méthode qu'un garçon de ferme du Cumberland a commencé à construire alors qu'il avait dépassé la quarantaine.