Институт физических проблем

Институт физических проблем — научно-исследовательское учреждение в системе Академии наук СССР, основанное в 1934 году в Москве. Специализируется на фундаментальных исследованиях в области физики низких температур, сверхпроводимости, квантовой жидкости и физики конденсированного состояния. Полное название — Институт физических проблем имени П. Л. Капицы РАН. Входит в состав Отделения физических наук Российской академии наук.

История

Основание и довоенный период

Институт был создан по инициативе физика Петра Леонидовича Капицы, который в 1934 году вернулся из Великобритании в СССР. Первоначально учреждение называлось «Институт физических проблем АН СССР». Капица стал его первым директором. Основной задачей института стало изучение явлений при сверхнизких температурах, в частности сверхтекучести гелия-II. В 1937 году Капица открыл сверхтекучесть жидкого гелия, а в 1938 году — эффект Джозефсона в сверхпроводниках (независимо от Брайана Джозефсона). За эти работы в 1978 году он был удостоен Нобелевской премии по физике.

В 1939 году в институте была создана лаборатория по физике низких температур, оснащённая уникальными криостатами, разработанными Капицей. В 1941 году, в начале Великой Отечественной войны, институт был эвакуирован в Казань, где продолжил работу по оборонным темам, в том числе по созданию жидкого кислорода для военных нужд.

Послевоенное развитие

В 1946 году Капица был отстранён от должности директора из-за конфликта с руководством страны (отказ от участия в атомном проекте). Директором стал физик-теоретик Лев Давидович Ландау, который возглавил теоретический отдел института. Под его руководством институт стал мировым центром теоретической физики. В 1955 году Капица был восстановлен в должности директора и оставался на этом посту до своей смерти в 1984 году.

В 1960-е — 1970-е годы институт активно развивал исследования в области квантовой жидкости, сверхпроводимости, физики плазмы и магнитных явлений. В 1978 году за работы по сверхтекучести и сверхпроводимости Ландау (посмертно) и Капица были удостоены Нобелевской премии.

Современный период

После распада СССР институт сохранил статус ведущего научного центра. В 1991 году он был переименован в Институт физических проблем имени П. Л. Капицы РАН. В 2000-е годы институт участвовал в международных проектах, в том числе в создании Большого адронного коллайдера (ЦЕРН) и в исследованиях по квантовым компьютерам. В 2020-е годы институт продолжает работу по направлениям физики низких температур, нанотехнологий и квантовой оптики.

Структура и руководство

Институт состоит из нескольких научных отделов и лабораторий. Основные подразделения:

• Отдел физики низких температур — занимается исследованиями сверхтекучести, сверхпроводимости и квантовых жидкостей.
• Теоретический отдел — разрабатывает математические модели физических явлений, в том числе в области квантовой теории поля и статистической физики.
• Лаборатория физики магнитных явлений — изучает магнетизм, спиновую динамику и магнитные наноструктуры.
• Лаборатория квантовой оптики — проводит эксперименты по квантовой информатике и квантовой связи.

Директора института:

• 1934–1946, 1955–1984 — Пётр Леонидович Капица
• 1946–1955 — Лев Давидович Ландау
• 1984–1991 — академик А. С. Боровик-Романов
• 1991–2001 — академик Ю. А. Осипьян
• 2001–2017 — академик В. В. Кведер
• 2017–2023 — академик А. А. Абрикосов (младший)
• С 2023 года — член-корреспондент РАН В. И. Козлов

Научные достижения

Институт физических проблем внёс значительный вклад в развитие физики. Основные открытия:

• Сверхтекучесть гелия-II (П. Л. Капица, 1937) — открытие явления, при котором жидкий гелий при температурах ниже 2,17 К теряет вязкость и течёт без трения.
• Теория сверхтекучести и сверхпроводимости (Л. Д. Ландау, 1941–1950) — разработка феноменологической теории, описывающей квантовые жидкости.
• Эффект Джозефсона (Б. Д. Джозефсон, 1962, предсказание; экспериментально подтверждён в институте в 1963 году) — квантовый эффект протекания сверхтока через тонкий изолятор.
• Квантовая жидкость (А. А. Абрикосов, 1950-е) — теоретическое описание свойств жидкого гелия-3.
• Магнитные фазовые переходы (А. С. Боровик-Романов, 1960-е) — открытие новых типов магнитных структур.

В институте также разработаны уникальные экспериментальные установки: криостаты растворения, сверхпроводящие магниты, гелиевые сжижители.

Известные сотрудники

За время существования института в нём работали многие выдающиеся физики:

• Пётр Леонидович Капица — лауреат Нобелевской премии (1978)
• Лев Давидович Ландау — лауреат Нобелевской премии (1962)
• Алексей Алексеевич Абрикосов — лауреат Нобелевской премии (2003)
• Виталий Лазаревич Гинзбург — лауреат Нобелевской премии (2003)
• Игорь Евгеньевич Тамм — лауреат Нобелевской премии (1958)
• Александр Сергеевич Боровик-Романов — академик РАН
• Юрий Андреевич Осипьян — академик РАН

Современные направления исследований

В 2020-е годы институт ведёт работы по следующим направлениям:

• Физика низких температур — изучение сверхтекучести гелия-3 и гелия-4, квантовых вихрей, фазовых переходов.
• Сверхпроводимость — исследование высокотемпературных сверхпроводников, создание сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКВИДов).
• Квантовая информатика — разработка кубитов на основе сверхпроводящих цепей, квантовых логических элементов.
• Магнитные наноструктуры — синтез и изучение магнитных наночастиц, спинтроника.
• Физика плазмы — исследования по управляемому термоядерному синтезу, в том числе в рамках проекта ИТЭР.

Интересные факты

• Здание института на Воробьёвых горах в Москве было построено по проекту архитектора А. В. Щусева в 1935–1937 годах. Оно является памятником архитектуры конструктивизма.
• В институте хранится уникальная коллекция криостатов, созданных Капицей, в том числе первый в мире гелиевый сжижитель (1934 год).
• В 1946–1955 годах, когда директором был Ландау, институт стал центром неформального семинара по теоретической физике, известного как «Ландау-семинар».
• В 1960-е годы в институте работал будущий нобелевский лауреат Жорес Алфёров, который занимался физикой полупроводников.
• Институт является одним из немногих научных учреждений в мире, где проводятся эксперименты с жидким гелием-3 при температурах порядка 0,001 К.

Источники

• Капица П. Л. «Эксперимент, теория, практика». — М.: Наука, 1981.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. «Теоретическая физика». — М.: Физматлит, 2004.
• Абрикосов А. А. «Основы теории металлов». — М.: Наука, 1987.
• Официальный сайт Института физических проблем имени П. Л. Капицы РАН.
• Большая российская энциклопедия. Статья «Институт физических проблем».
• Материалы Нобелевского комитета (1978, 2003).