Институт физических проблем имени П. Л. Капицы

Институт физических проблем имени П. Л. Капицы — научно-исследовательское учреждение в составе Российской академии наук, расположенное в Москве. Один из ведущих центров отечественной физики, специализирующийся на исследованиях в области физики низких температур, сверхпроводимости, квантовой гидродинамики, физики плазмы и физики твёрдого тела. Основан в 1934 году, носит имя своего основателя — лауреата Нобелевской премии Петра Леонидовича Капицы.

История

Основание и довоенный период (1934—1941)

Институт был создан постановлением Совета Народных Комиссаров СССР в 1934 году для возвращения в страну и обеспечения работой П. Л. Капицы, который до этого в течение 13 лет работал в Кембриджском университете (Великобритания) в лаборатории Эрнеста Резерфорда. В 1934 году Капица, приехав в СССР на конференцию, не был выпущен обратно в Англию. Для него было решено построить новый институт, оснащённый современным оборудованием, в том числе уникальными установками для получения низких температур.

Первоначально институт размещался в здании на Воробьёвых горах (ныне — комплекс РАН). Строительство велось ускоренными темпами, и уже в 1935 году начались первые эксперименты. В 1937 году Капица впервые в мире получил жидкий гелий на установке собственной конструкции — гелиевом ожижителе. В 1938 году было открыто явление сверхтекучести жидкого гелия, за которое Капица в 1978 году был удостоен Нобелевской премии по физике.

Военные годы (1941—1945)

С началом Великой Отечественной войны институт был эвакуирован в Казань, где продолжал работы по оборонной тематике. В этот период разрабатывались технологии получения жидкого кислорода для нужд авиации и промышленности. Капица создал кислородные установки, которые использовались в госпиталях и на заводах. В 1945 году институт вернулся в Москву.

Послевоенное развитие и «дело Капицы» (1946—1955)

В 1946 году П. Л. Капица был отстранён от руководства институтом из-за отказа участвовать в советском атомном проекте. Директором был назначен А. П. Александров. Капица находился в ссылке на своей даче в Николиной Горе, где продолжал вести научную работу в домашней лаборатории. В 1955 году, после смерти И. В. Сталина и смены политического курса, Капица был восстановлен в должности директора института.

Период расцвета (1955—1984)

После возвращения Капицы институт стал одним из мировых лидеров в физике низких температур. В 1960-е годы были созданы уникальные криостаты, разработаны методы получения сверхнизких температур (до 10⁻⁶ К). В 1970-е годы под руководством А. И. Шальникова и Ю. В. Шарвина проводились пионерские работы по квантовой гидродинамике и сверхпроводимости. В 1978 году П. Л. Капица получил Нобелевскую премию «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур».

Современный этап (с 1984 года)

После смерти Капицы в 1984 году институт возглавляли его ученики и последователи. В 1990-е годы, несмотря на экономические трудности, институт сохранил научные школы и продолжил исследования. В 2000-е годы был проведён капитальный ремонт корпусов, обновлено оборудование. В 2015 году институт вошёл в состав Федерального агентства научных организаций (ФАНО), а затем — в структуру Министерства науки и высшего образования РФ. В настоящее время институт активно сотрудничает с зарубежными научными центрами, участвует в программах РФФИ и РНФ.

Научные направления

Физика низких температур

Основное направление, заложенное Капицей. Включает:

• Исследование сверхтекучести жидкого гелия-4 и гелия-3;
• Изучение квантовых вихрей и турбулентности в сверхтекучих жидкостях;
• Разработку методов получения температур ниже 1 мК (милликельвиновые криостаты);
• Исследование свойств сверхпроводников при низких температурах.

Сверхпроводимость

• Изучение высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП);
• Разработка сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКВИДов);
• Исследование механизмов спаривания электронов в необычных сверхпроводниках.

Квантовая гидродинамика

• Изучение течения сверхтекучего гелия в микро- и наноканалах;
• Исследование квантовой турбулентности;
• Разработка моделей двухжидкостной гидродинамики.

Физика плазмы и газового разряда

• Создание мощных газоразрядных лазеров;
• Исследование неравновесной плазмы;
• Разработка плазменных источников излучения.

Физика твёрдого тела

• Исследование магнитных свойств материалов при низких температурах;
• Изучение квантовых фазовых переходов;
• Разработка новых материалов для криогенной техники.

Инфраструктура и оборудование

Институт располагает уникальной экспериментальной базой, включающей:

• Криогенный комплекс — система ожижения гелия с производительностью до 100 литров жидкого гелия в час. Позволяет поддерживать работу десятков криостатов.
• Магнитные системы — сверхпроводящие магниты с полем до 20 Тл, резистивные магниты с полем до 35 Тл.
• Лазерные установки — мощные импульсные лазеры для исследования плазмы и сверхпроводников.
• Микроскопия — сканирующие зондовые микроскопы (СТМ, АСМ) для изучения поверхности материалов при низких температурах.
• Вычислительный кластер — для численного моделирования квантовых систем.

Известные сотрудники

За время существования института в нём работали выдающиеся физики, в том числе:

• Пётр Леонидович Капица (1894—1984) — основатель и первый директор, лауреат Нобелевской премии (1978).
• Александр Петрович Александров (1903—1994) — директор в 1946—1955, президент АН СССР (1975—1986).
• Алексей Иванович Шальников (1905—1986) — академик, пионер исследований сверхтекучести.
• Юрий Васильевич Шарвин (1930—2019) — академик, специалист по квантовой гидродинамике.
• Анатолий Фёдорович Андреев (род. 1939) — академик, директор института в 1990—2000-е годы, специалист по физике низких температур.
• Владимир Иванович Панченко (род. 1947) — академик, директор института с 2015 года.

Образовательная деятельность

Институт является базой для подготовки научных кадров. При институте действует аспирантура по специальностям «физика конденсированного состояния» и «физика низких температур». Сотрудники института преподают на физическом факультете Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, в Московском физико-техническом институте (МФТИ) и в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ». Ежегодно институт проводит зимнюю школу молодых учёных по физике низких температур.

Международное сотрудничество

Институт участвует в совместных проектах с научными центрами Европы, США и Японии. В частности:

• Совместные исследования с Институтом Макса Планка (Германия) по квантовой гидродинамике;
• Участие в проекте Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) по созданию сверхпроводящих магнитов;
• Сотрудничество с Токийским университетом (Япония) по изучению сверхтекучего гелия-3.

Награды и премии

• В 1978 году П. Л. Капица удостоен Нобелевской премии по физике.
• В 1981 году институт награждён орденом Трудового Красного Знамени.
• Ряд сотрудников института являются лауреатами Государственных премий СССР и РФ, премий имени П. Л. Капицы РАН.

Интересные факты

• Институт был построен по личному распоряжению И. В. Сталина, который выделил на строительство средства из резервного фонда.
• П. Л. Капица разработал конструкцию гелиевого ожижителя, которая до сих пор используется в криогенной технике.
• В институте впервые в мире была получена температура 0,01 К (10 милликельвинов) в 1960-е годы.
• В 2018 году институт отметил 80-летие открытия сверхтекучести.

Источники

• Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. — М.: Наука, 1981.
• Шальников А. И. Сверхтекучесть жидкого гелия. — М.: Знание, 1988.
• Официальный сайт Института физических проблем имени П. Л. Капицы РАН.
• Академия наук СССР. Институт физических проблем: история и современность. — М.: Наука, 1984.
• Нобелевская лекция П. Л. Капицы (1978).