X線は可視光より波長が短く、原子同士の間隔と同じオーダーです。ブラッグ父子は結晶を通過するX線が回折し、特定の角度で強くなることに注目しました。回折条件を整理して得られたのが有名な「ブラッグの法則」(nλ = 2d sinθ) です。この法則を使うと、回折強度のピーク位置から面間隔dを計算でき、結晶格子定数が決まります。彼らの研究は鉱物学や金属学だけでなく、薬の結晶型同定や半導体開発にも応用され、現代材料科学の基礎を築きました。

ブラッグ父子の実験では、石英や食塩などの単結晶をターゲットとし、X線写真乾板に得られるデバイリング状パターンを解析しました。ブラッグの法則は面間隔dを測るだけでなく、回折強度を理論計算することで構造因子F(hkl)を決定し、原子の配置と種類を推定できることを示しました。この手法は後にフォーリエ合成やパターソン法と結びつき、完全な三次元構造決定技術へ発展します。X線結晶学はタンパク質やDNAの構造解析にも応用され、生命科学に革命をもたらしました。近年のシンクロトロン放射光やXFELは、ブラッグの原理を極限まで高精度に拡張し、フェムト秒時間分解測定を可能にしています。

ブラッグ父子はイオン化管を用いて連続波X線を生成し、ラウエ法と反射法の比較検証から面指数(hkl)の系統性を体系化した。彼らの解析手法はFriedelの法則および構造因子位相問題の先駆けとなり、後のダレイ文献におけるB因子導入や異常分散測定の理論的基盤を提供した。加えて、長波長域での吸収補正と重原子法を提唱し、結晶化学的結合距離の精密測定を実現した。結果として得られた岩塩型・閃亜鉛鉱型構造の確定は、固体物理におけるフォノン分散やバンド計算の検証データとして機能し続けている。