Physicien russe né à Cronstadt, connu pour ses recherches sur le magnétisme et la physique des basses températures, qui devaient notamment le conduire à la découverte de la superfluidité de l'hélium II.
Après des études à l'Institut polytechnique de Petrograd (Saint-Pétersbourg), où il est lecteur jusqu'en 1921, Petr Leonidovitch Kapitsa se rend en Grande-Bretagne à l'université de Cambridge, où il collabore avec Rutherford. En 1924, il est directeur adjoint des recherches sur le magnétisme effectuées au laboratoire Cavendish. C'est là qu'il réalise un champ magnétique de 500 000 gauss, intensité qui ne sera surpassée qu'en 1956. Il est élu en 1929 à la Royal Society Institution, qui n'avait, en deux cents ans, nommé aucun membre étranger. Le laboratoire Mond est construit spécialement pour lui à Cambridge (1930).
En 1934, tandis que Kapitsa se trouve en U.R.S.S. à l'occasion d'un congrès, son passeport est saisi et, sur ordre de Staline, il est retenu en Union soviétique. En 1935, nommé directeur de l'institut Vavilov de physique de l'Académie des sciences de l'U.R.S.S., il obtient, grâce à l'intervention de son ami Rutherford, que son laboratoire de Cambridge lui soit expédié en Russie. Poursuivant ses recherches sur la physique des basses températures, il découvre alors la superfluidité de l'hélium II (forme stable de l'hélium liquide, au-dessous de 2,17 K) en étudiant ses propriétés de conduction de la chaleur. Il peut alors obtenir la libération de Lev Landau de la prison Lubyanka en déclarant qu'il serait le seul à pouvoir exploiter cette découverte. En 1939, il construit un appareil permettant la liquéfaction de grandes quantités d'oxygène, procédé dont il poursuivra la mise au point pendant la Seconde Guerre mondiale, au profit de l'industrie de l'acier.
En 1946, refusant de travailler au développement des armes nucléaires, Kapitsa tombe en disgrâce. Il est assigné à résidence jusqu'à la mort de Staline (1954). Réintégré alors dans ses fonctions directoriales, il est placé en 1955 à la tête du programme des Spoutnik. On lui attribue une grande part du succès du lancement des deux premiers satellites soviétiques en 1957.
En 1963, Kapitsa se tourne vers la fusion thermonucléaire contrôlée : reprenant des travaux commencés en 1933 sur l'interaction des électrons et des photons, il étudie la possibilité de chauffer un plasma par une impulsion laser ; il publie ses résultats en 1969. Entre-temps, il est autorisé à se rendre en Angleterre, où il reçoit la médaille Rutherford (1966) et aux États-Unis, où l'université Columbia lui décerne une distinction honorifique (1969).
Enfin, en 1978, il obtient le prix Nobel de physique pour ses travaux sur les champs magnétiques pulsés.
Kapitsa est mort à Moscou, le 8 avril 1984, trois mois avant son quatre-vingt-dixième anniversaire.
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