Сергей Петрович в то время постоянно продолжал работать с отцом, и в октябре 1953 года Петр Леонидович твердо рекомендовал сыну перейти на работу в основанный при его участии Институт физических проблем (ИФП АН СССР), где директором в то время был Анатолий Петрович Александров. Авторитет отца для Сергея Петровича всегда был очень велик, и он, естественно, согласился.

15 октября 1953 года появилось распоряжение № 2-2085, подписанное относительно недавно избранным (в 1951 году) президентом Академии наук химиком-органиком А. Н. Несмеяновым:

«Перевести кандидата физико-математических наук Капица (так в оригинале. — А. М., Н. Б.) Сергея Петровича из Геофизического института Академии наук СССР на работу в Институт физических проблем им. С. И. Вавилова Академии наук СССР.

Президент Академии наук СССР А. Н. Несмеянов».

23 октября 1953 года А. П. Александров был избран академиком по Отделению физико-математических наук, а 4 января 1954 года был удостоен звания Героя Социалистического Труда за работы по «атомной проблеме». Было уже совершенно ясно, что его научные интересы, так же как и наиболее значительные достижения, лежат в сфере работ Института атомной энергии и совсем в скором времени он должен оставить Институт физических проблем. Так оно и произошло: в 1955 году он был назначен заместителем директора Института атомной энергии, а в 1960 году, после смерти И. В. Курчатова, и его директором. Заметим, что П. Л. Капица вместе с академиком А. В. Топчиевым были последними, кто из ученых мужей 4 февраля 1960 года встречались с И. В. Курчатовым и имели с ним длительную беседу.

П. Л. Капица после встречи с Н. С. Хрущевым 3 июня 1955 года вновь был назначен директором ИФП АН СССР им. С. И. Вавилова (имя присвоено 25 января 1951 года, вдень смерти президента АН СССР С. И. Вавилова).

Конечно, на П. Л. Капицу произвели сложные впечатления сведения о ярчайшем выступлении И. В. Курчатова в английском Центре ядерных исследований в Харвелле (AERE), который возглавлял хорошо знакомый ему, в том числе и по совместным работам у Резерфорда, Джон Кокрофт. Вернувшись, Игорь Васильевич, с которым у П. Л. Капицы всегда были самые теплые отношения, лично рассказывал ему и о приемах в Кембридже и Харвелле, и о том, как расспрашивал о нем Кокрофт, и о скромных достижениях англичан, и о позволении Хрущева «рассказать им почти всё» и, скромничая, о том де-факто фуроре, который произвело его выступление, когда он фактически впервые на международном уровне с научных позиций заговорил об управляемой термоядерной реакции.

Впоследствии Дж. Кокрофт дважды бывал в Советском Союзе, приезжал он и в ИФП к П. Л. Капице, где тот знакомил его с новыми достижениями, рассказывал о возникавших научных проблемах.

Сергей Петрович был представлен Джону Дугласу, помнившему его еще ребенком.

Занявшись электроникой больших мощностей, П. Л. Капица разработал и построил мощный генератор высокой частоты — ниготрон (от названия Николина Гора, где он первоначально вел свои исследования), который позволил получить устойчивый шнуровой разряд. Спектрометрические измерения и теоретические подсчеты привели исследователей к заключению, что в опытах образуется цилиндрическая область радиусом в несколько миллиметров, заполненная горячей плазмой с очень высокой температурой.

Петр Леонидович весьма оптимистично оценивал перспективы исследования плазменного шнура. Он считал, что они могут иметь большое значение для ядерной энергетики, в том числе для осуществления управляемой термоядерной реакции. Кроме того, изучение шнурового разряда, где существует высокотемпературная, по мнению П. Л. Капицы, плазма, способствовало углублению понимания плазменных процессов.

На эту тему не раз проходили горячие научные дискуссии: в ИФП приезжал А. П. Александров со своими специалистами по плазме, «ломались копья», но консенсус так и не был достигнут.

В последние годы Петр Леонидович в этом вопросе не давал спуска и ближайшим сотрудникам. Генрих Дмитриевич Богомолов, в настоящее время заместитель директора ИФП по науке, а тогда старший научный сотрудник, к тому времени около пятнадцати лет работавший со старшим Капицей, однажды, вновь доложив «не те» результаты, услышал от него:

— Вы не верите в мою горячую плазму! Может быть, вы перейдете к Сергею Петровичу?

Несколько лет Г. Д. Богомолов тесно работал вместе с С. П. Капицей. Его основные научные интересы касались апробации микротрона, его применения в различных областях народного хозяйства и науки.

После смерти Петра Леонидовича это направление было очень быстро закрыто новым руководством института, прежде всего из экономических соображений. Капице-старшему денег давали столько, сколько он просил, хотя он никогда не переходил определенную грань. Теперь же ситуация поменялась: за каждый рубль приходилось бороться.

Перешедший в Институт физических проблем Сергей Петрович Капица немедленно подключился к давно знакомой ему работе над ниготроном — мощным сверхвысокочастотным генератором непрерывного действия. Одновременно он самостоятельно проводит ряд работ по изучению проблем электродинамики и электроники.

Интересно, что Институт физических проблем, в соответствии с порядком, заведенным П. Л. Капицей, сегодня не имеет деления ни на лаборатории, ни на отделы, ни на отделения. Единственным, но вполне самостоятельным подразделением Института являлась Физическая лаборатория АН СССР.

Петр Леонидович, бывший также начальником Физической лаборатории АН СССР, шутил, что имеет очень хорошие отношения с руководством ИФП.

С 1953 по 1958 год Сергей Петрович по совместительству работает в Институте научной информации, редактируя реферативный журнал «Физика». Это была, конечно, непростая, порой напряженная работа. Но и давала она много! Читая аннотации абсолютного большинства статей и книг, выходивших в мире, он был в курсе направлений всех физических работ, мог прогнозировать интерес и направление будущих работ.

Только 30 декабря 1955 года вышло специальное постановление Президиума АН СССР: «Присвоить кандидату физико-математических наук Капице Сергею Петровичу ученое звание старшего научного сотрудника по специальности «электроника». Постановление было подписано президентом Академии наук А. Н. Несмеяновым и и. о. главного ученого секретаря АН СССР членом-корреспондентом Н. М. Сисакяном.

Вскоре в Институте физических проблем Сергей Петрович занялся разработкой нового типа резонансного циклического ускорителя электронов — микротроном.

Еще выдающийся физик, впоследствии академик В. И. Векслер[36], в одной из своих ранних статей, опубликованной в «Докладах Академии наук СССР» в 1944 году, посвященной фазовой стабильности частиц при ускорении, предложил модификацию циклотрона для электронов. Хотя первым эту идею высказал в 1939 году Л. Альварес, но В. И. Векслер первым опубликовал соображения по идее о фазовой устойчивости ускорения. Независимо и одновременно с американцем Э. Макмилланом, лауреатом Нобелевской премии, он предложил и обосновал принцип фазовой устойчивости.

Ведущее магнитное поле и частота ускоряющего поля постоянны как в циклотроне, так и в микротроне, но его (микротрона) отличие в том, что период обращения сгустка электронов на каждом обороте должен изменяться так, чтобы при каждом новом обороте частицы приходили в ускоряющий зазор в нужной фазе высокочастотного электрического поля.

Ю. М. Ципенюк отмечает, что канадцы первыми сделали такой ускоритель и показали, что предложенный Векслером принцип работает, но у них получался очень