Институт физических проблем имени П. Л. Капицы РАН

Институт физических проблем имени П. Л. Капицы РАН (ИФП РАН) — научно-исследовательское учреждение Российской академии наук, расположенное в Москве. Институт является одним из ведущих мировых центров в области физики низких температур, физики конденсированного состояния, квантовой гидродинамики и физики плазмы. Основан в 1934 году выдающимся физиком Петром Леонидовичем Капицей, именем которого и назван.

История

Создание и довоенный период

Идея создания специализированного института для изучения физики низких температур возникла у П. Л. Капицы после его возвращения из Великобритании в СССР в 1934 году. В Кембридже Капица руководил лабораторией Монда, где разработал уникальные методы сжижения гелия и достиг рекордно низких температур. Советское правительство, стремясь развить фундаментальную науку, приняло решение о строительстве нового института.

Строительство здания на Воробьёвых горах (ныне — Ленинский проспект, 13) началось в 1934 году и завершилось к 1936 году. Архитектурный проект был выполнен в стиле конструктивизма. В 1937 году институт начал полноценную работу. Первоначально он назывался Институтом физических проблем АН СССР (ИФП АН СССР). Основным направлением деятельности стали исследования сверхтекучести гелия-II, открытой в 1938 году П. Л. Капицей. В 1941 году за это открытие Капица был удостоен Сталинской премии.

Военные и послевоенные годы

В годы Великой Отечественной войны (1941–1945) институт был частично эвакуирован в Казань, где продолжались работы по созданию жидкого кислорода для военных нужд. После войны институт вернулся в Москву. В 1945 году в институте была создана уникальная установка для сжижения воздуха — турбодетандер, изобретённый Капицей. Эта технология позволила значительно удешевить производство кислорода и нашла применение в металлургии и химической промышленности.

В 1946 году П. Л. Капица был отстранён от руководства институтом из-за конфликта с Л. П. Берией, курировавшим советский атомный проект. Руководителем института стал Анатолий Петрович Александров, а затем — Исаак Константинович Кикоин. Однако Капица продолжал работать в институте как рядовой сотрудник, занимаясь исследованиями в области физики плазмы и электроники больших мощностей.

Возвращение Капицы и развитие

В 1955 году, после смерти Сталина и снятия Берии, П. Л. Капица был восстановлен в должности директора института. Под его руководством институт вернулся к активным исследованиям в области физики низких температур и сверхпроводимости. В 1965 году институт был назван именем своего основателя — Институт физических проблем имени П. Л. Капицы АН СССР.

В 1970-1980-е годы институт стал центром международного сотрудничества. Здесь работали такие выдающиеся физики, как Лев Давидович Ландау (заведовал теоретическим отделом), Сергей Петрович Капица (сын основателя, занимался физикой плазмы и демографией), Алексей Алексеевич Абрикосов (будущий нобелевский лауреат по сверхпроводимости). В 1978 году за цикл работ по физике низких температур нобелевскую премию получил Пётр Леонидович Капица (совместно с А. Пензиасом и Р. Вильсоном).

Современный период

После распада СССР институт сохранил статус ведущего научного учреждения РАН. В 1990-е годы, несмотря на экономические трудности, институт продолжал фундаментальные исследования. В 2000-2010-е годы были модернизированы криогенные установки, созданы новые лаборатории по физике квантовых жидкостей и наноструктур. В 2018 году институт вошёл в состав Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» в рамках реформы РАН.

Научные направления

Физика низких температур

Это исторически основное направление. Исследования включают:

• Сверхтекучесть гелия-3 и гелия-4 — изучение квантовых жидкостей, в которых отсутствует вязкость при температурах ниже 2,17 К.
• Сверхпроводимость — открытие и изучение высокотемпературных сверхпроводников, включая купраты и железосодержащие соединения.
• Квантовые осцилляции — исследование эффекта де Гааза — ван Альфена в металлах и полупроводниках.

Квантовая гидродинамика

Раздел физики, изучающий движение квантовых жидкостей. В институте разработаны теории вихрей в сверхтекучем гелии, квантовых турбулентностей и волн третьего звука. Эти работы имеют значение для понимания поведения вещества при экстремально низких температурах.

Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез

Под руководством П. Л. Капицы в 1950-1960-е годы в институте были разработаны методы удержания плазмы в магнитных ловушках. Создана уникальная установка — «плазменный фокус» (плазменный пистолет), использовавшаяся для генерации нейтронов. В настоящее время работы в этом направлении продолжаются в рамках проекта «Токамак» (совместно с Институтом ядерной физики РАН).

Физика конденсированного состояния

Изучение свойств твёрдых тел и жидкостей при нормальных и экстремальных условиях. Включает:

• Магнетизм — исследование магнитных фазовых переходов, спиновых стекол и магнетизма низкоразмерных систем.
• Оптика и спектроскопия — изучение оптических свойств кристаллов и наноструктур, включая экзотические состояния, такие как квантовые точки.

Криогенная техника

Институт является разработчиком и производителем уникального криогенного оборудования: турбодетандеров, криостатов, сверхпроводящих магнитов. Эти устройства используются не только в научных исследованиях, но и в промышленности (например, в медицинской томографии).

Структура и лаборатории

Институт состоит из нескольких научных отделов и лабораторий:

• Отдел физики низких температур — включает лаборатории сверхтекучести, сверхпроводимости и квантовой гидродинамики.
• Отдел физики плазмы — занимается проблемами удержания плазмы и генерации нейтронов.
• Отдел теоретической физики — основан Л. Д. Ландау, продолжает традиции теоретического описания квантовых систем.
• Лаборатория криогенной техники — разрабатывает и испытывает криогенное оборудование.
• Лаборатория магнитных явлений — изучает магнетизм в твёрдых телах.

В институте также действуют уникальные экспериментальные установки:

• Криостаты растворения — позволяют достигать температур до 0,001 К.
• Сверхпроводящие магниты — создают магнитные поля до 15 Тл.
• Установка «Плазменный фокус» — для генерации импульсных плазменных потоков.

Научные достижения и премии

Институт известен рядом фундаментальных открытий:

• 1938 — открытие сверхтекучести гелия-II (П. Л. Капица, Нобелевская премия 1978 года).
• 1941 — создание турбодетандера для сжижения воздуха (П. Л. Капица, Сталинская премия).
• 1950-е — разработка теории сверхпроводимости и сверхтекучести (Л. Д. Ландау, Нобелевская премия 1962 года).
• 1970-е — открытие высокотемпературной сверхпроводимости в оксидных системах (совместно с другими институтами).
• 2000-е — экспериментальное наблюдение квантовых вихрей в сверхтекучем гелии-3.

Сотрудники института неоднократно удостаивались государственных премий СССР и РФ, а также международных наград, включая премии имени Ландау, Капицы и Ферми.

Известные сотрудники

• Пётр Леонидович Капица (1894–1984) — основатель и первый директор, нобелевский лауреат.
• Лев Давидович Ландау (1908–1968) — заведующий теоретическим отделом, нобелевский лауреат.
• Алексей Алексеевич Абрикосов (1928–2017) — нобелевский лауреат по сверхпроводимости (2003).
• Сергей Петрович Капица (1928–2012) — физик и демограф, ведущий телепрограммы «Очевидное — невероятное».
• Исаак Константинович Кикоин (1908–1984) — директор в 1946–1955 годах, академик.
• Анатолий Петрович Александров (1903–1994) — директор в 1946–1955 годах, президент АН СССР.

Современное состояние

Институт физических проблем имени П. Л. Капицы РАН продолжает активную научную деятельность. В штате — около 200 научных сотрудников, включая 30 докторов наук и 50 кандидатов наук. Институт участвует в международных проектах, таких как «ITER» (Международный термоядерный экспериментальный реактор) и «CERN» (Европейская организация по ядерным исследованиям). Ежегодно публикуется более 100 статей в рецензируемых журналах.

Основные проблемы института в XXI веке связаны с устареванием оборудования и недостатком финансирования на обновление криогенной техники. Тем не менее, институт сохраняет статус одного из мировых лидеров в области физики низких температур.

Интересные факты

• Здание института на Ленинском проспекте является объектом культурного наследия федерального значения.
• В институте хранится уникальная коллекция криогенного оборудования, включая первый турбодетандер Капицы.
• В 1965 году на территории института был установлен памятник П. Л. Капице (скульптор — Э. И. Неизвестный).
• Институт имеет собственную научную библиотеку, насчитывающую более 50 000 томов.
• Ежегодно в институте проводятся «Капицевские чтения» — международная конференция по физике низких температур.

Источники

• Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. — М.: Наука, 1981.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 5: Статистическая физика. — М.: Физматлит, 2001.
• Официальный сайт ИФП РАН (ifp.ru).
• Академия наук СССР. Институт физических проблем имени П. Л. Капицы. — М.: Изд-во АН СССР, 1984.
• Кессельман Г. С. Физика низких температур. — М.: Мир, 2005.
• Бюллетень РАН «Физика низких температур» (архив 1990–2020 годов).