BRAGG sir WILLIAM HENRY (1862-1942) & sir WILLIAM LAWRENCE (1890-1971)

Le retour en Angleterre et une collaboration père et fils

En 1909, William Lawrence Bragg intègre à son tour le Trinity College de Cambridge où il suit les enseignements de Joseph John Thomson (1856-1940) et de James Hopwood Jeans (1877-1946), ainsi que ceux de Charles Thomson Rees Wilson (1869-1959), dans le domaine de l’optique (diffraction), qui le marquent plus particulièrement. La famille Bragg venait de rentrer en Angleterre, son père ayant accepté un poste de professeur à l’université de Leeds. William Henry Bragg poursuit sa discussion sur la nature des rayons X avec Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld (1868-1951) qui occupe la chaire de physique théorique à Munich. Ce dernier est partisan d’une théorie ondulatoire et se confronte à son compatriote Johannes Stark (1874-1957) qui opte pour une interprétation en termes de corpuscules (quanta d’énergie). Pour Sommerfeld, la diffraction des rayons X confirmerait leur nature ondulatoire. C’est dans l’institut de physique théorique qu’il dirige que Walter Friedrich (1883-1968) et Paul Knipping (1883-1935), sur l’instigation de Max von Laue (1879-1960), observent en 1912 la diffraction des rayons X par des cristaux du sulfate de cuivre (penta hydraté) et des cristaux de sulfure de zinc (blende). Des plaques photographiques disposées autour du cristal révèlent des pics d’intensité diffractés (déviation des rayons X selon certaines directions privilégiées) au voisinage de la direction du faisceau incident. William Henry Bragg a très vite en main ces clichés et en discute avec son fils. Après s’être procuré l’article de Laue retraçant cette expérience, William Lawrence Bragg comprend que ce sont les plans réticulaires parallèles (plans géométriques passant par des nœuds du réseau) dans le cristal de sulfure de zinc qui diffractent les rayons X incidents, comme les stries parallèles d’un réseau optique diffractent la lumière visible. L’impulsion X donne ainsi lieu à des réflexions sur ces plans régulièrement séparés de la distance d, si elles interfèrent constructivement, ce qui, pour des longueurs d’onde λ contenues dans le rayonnement X incident, conduit à des directions $ϴ$ telles que $n\lambda =2d\sin ϴ$ (n étant l’ordre de diffraction). Cette formule ou loi de Bragg permet à partir de la mesure de l’angle $ϴ$ formé avec les plans, pour une longueur d’onde donnée, de déduire la valeur de d et la structure du cristal.

Au-delà de la mise en évidence de leur caractère ondulatoire (l’objectif de Laue), les rayons X deviennent la clé de l’analyse des structures cristallines. William Lawrence Bragg comprend notamment que le chlorure de sodium (NaCl) est organisé par un arrangement régulier dont la maille (motif dont la répétition permet de décrire la structure du cristal) est cubique face centrée (cfc). Puis, après avoir examiné différents halogénures alcalins, il s’intéresse au diamant (cfc où la moitié des sites tétraédriques intérieurs à la maille sont occupés), mettant en évidence la tétravalence des atomes de carbone. Tous ces travaux sont menés entre 1912 et 1914 grâce au spectromètre X construit à Leeds par son père. C’est en 1915, alors qu’il travaille à la localisation des canons allemands dans le nord-ouest de la Belgique (et peu après avoir appris la mort de son frère à la guerre), que William Lawrence Bragg se voit attribuer avec son père le prix Nobel de physique. Il n’a que vingt-cinq ans et cette récompense n’ira pas sans une certaine crainte qui le poursuivra de ne pas être reconnu pour sa propre contribution.