Обучение вскоре пришлось прервать — началась Первая мировая война, и Петр Капица был мобилизован в армию. Служил он санитаром-шофером и уже тогда отличался отчаянной ездой.

В 1916 году он вернулся в институт, закончил обучение и был оставлен при кафедре. В том же году была опубликована первая научная статья Капицы в «Журнале Русского физико-химического общества».

Вскоре после революции Иоффе удалось осуществить свою давнюю мечту: он организовал Физико-технический институт, и Капица стал одним из его первых сотрудников. В институте собралась талантливая молодежь и возникла научная школа, давшая стране ряд крупных ученых.

Вскоре Петр Леонидович женился, у него появилось двое детей, мальчик и девочка. Но в 1920 году в течение всего одного месяца ученый потерял отца, жену и двоих детей — всех унесла страшная эпидемия гриппа — испанки.

Ученый впал в глубокую депрессию. И неизвестно, как бы сложилась его дальнейшая судьба, если бы Иоффе, стремясь отвлечь своего ученика от переживаний, не организовал ему заграничную командировку в Англию.

В мае 1921 года Капица отправился на стажировку в знаменитую Кавендишскую лабораторию, которой руководил один из самых известных физиков того времени Эрнест Резерфорд. Однако тот, несмотря на рекомендации Иоффе, вовсе не принял посланца из России с распростертыми объятиями.

Нрав у Резерфорда был довольно суровый, не случайно сотрудники за глаза называли своего шефа Крокодилом. Он прямо сказал Капице, что все места в его лаборатории уже заняты. Но Петр Леонидович проявил характер.

И спросил Резерфорда, какова точность в его экспериментах. Тот, несколько удивившись вопросу, ответил, что точности около 3 % обычно хватает. Тогда Капица заметил, что при примерно 30 сотрудниках добавление еще одного скорее всего пройдет незамеченным, поскольку будет лежать в пределах экспериментальной погрешности!

Остроумие, находчивость и смелость Капицы произвели на Резерфорда впечатление, и он разрешил Петру Леонидовичу сдать зачеты по практикуму, который был рассчитан на два года. Капица сдал все за две недели и тем самым сразу приобрел известность, а также получил место в лаборатории. Через год — отдельную комнату. А затем две комнаты и помощников. И, наконец, — три комнаты.

«Я трачу на ваши опыты больше, чем на эксперименты всех остальных, вместе взятых», — сказал ему как-то Крокодил.

Он отлично понимал, что работа Капицы того стоила. Всего за год молодой ученый, проявив недюжинную изобретательность, создал уникальный прибор, с помощью которого провел измерения потери энергии альфа-частицей в конце ее пробега. Полученные результаты произвели на Резерфорда такое впечатление, что он не только продлил срок пребывания молодого ученого в Кембридже, но согласился финансировать предложенный Капицей проект создания установки для получения сверхсильных магнитных полей, в которых можно было бы наблюдать искривление траекторий альфа-частиц.

В 1923 году П.Л. Капица защитил диссертацию и стал доктором. В том же году он получил трехлетнюю стипендию им. Максвелла, давшую ему возможность продолжать работу в Кембридже. Резерфорд настолько уверовал в талант молодого ученого, что назначил его своим заместителем по магнитным исследованиям в Кавендишской лаборатории.

Карьера Капицы стремительно развивалась. В 1925 году он был избран членом Тринити-колледжа, а в 1929 году — стал членом Лондонского королевского общества и членом-корреспондентом Академии наук СССР.

От изучения сильных магнитных полей Капица тем временем перешел к физике сверхнизких температур. Низкие температуры получали в то время с помощью жидкого гелия. Капица и здесь пошел своим путем, разработав оригинальную установку для ожижения гелия.

В отличие от других конструкций, гелий в его установке охлаждался не жидким водородом, а в специальном расширительном детандере. При этом Капица походя решил не простую задачу — нашел материал для смазки детандера; ее, эту самую смазку, осуществлял сам гелий.

Резерфорд, видя такие успехи молодого ученого, добился открытия в Кембридже специальной лаборатории, директором которой был назначен П.Л. Капица. И в личной жизни нашего героя наметился поворот к лучшему. В 1927 году он женился на Анне Алексеевне Крыловой, дочери известного кораблестроителя, механика и математика А.Н. Крылова, который был направлен в Англию для наблюдения за постройкой судов по заказу России. У супругов родились двое сыновей, которые впоследствии стали учеными. Старшего — Сергея Петровича Капицу — вы регулярно видите на экранах телевизоров в передаче «Очевидное — невероятное». Младший — Андрей Петрович — известен во всем мире как специалист по океанологии.

Семейство Капицы обзавелось домом в окрестностях Кембриджа, а также собственным автомобилем. Причем Петр Леонидович вскоре приобрел репутацию лихача.

«Какой же русский не любит быстрой езды?!» — вспоминал он при случае слова Гоголя, лихо, как в военные годы, крутя баранку.

Он и в самом деле не забывал, откуда родом. Ежегодно приезжал на родину в отпуск, читал лекции и делал доклады о последних новостях науки для советских коллег.

…Все оборвалось в один миг. Приехав в 1934 году в СССР, он неожиданно получил отказ в продлении своей командировки. Его, несмотря на протесты мировой научной общественности, попросту не выпустили больше за границу. Жена уехала в Англию за детьми и смогла присоединиться к мужу лишь спустя несколько лет.

Это время стало тяжелым испытанием для Капицы, оказавшегося без работы, семьи и друзей. Он писал жене в 1935 году: «Я понимаю, что люди могут сойти с ума, но я никогда не думал, что до такого исступленного состояния я мог бы быть доведен сам, будучи оставлен без моей научной работы».

Правда, в декабре 1934 года было принято постановление правительства СССР о создании Института физических проблем, директором которого был назначен Капица. Однако строительство шло плохо, за строителями нужен был глаз да глаз… Вместо того чтобы заниматься научными исследованиями, Капица был вынужден выполнять обязанности прораба, писать письма и обивать пороги в разных инстанциях. В письме к В.М. Молотову от 7 мая 1935 года он прямо писал: «Мне кажется, что в создавшихся условиях мою попытку восстановить свою научную работу здесь можно уподобить желанию проковырять каменную стену перочинным ножом».

Лишь в 1936 году ученый смог приступить к работе. И опять-таки благодаря помощи Резерфорда. Тот согласился продать СССР оборудование лаборатории, включая и созданные Капицей установки для получения сильных магнитных полей и ожижения гелия, сказав, что все это оборудование не может работать без хозяина.

Таким образом, в 1938 году в Институте физпроблем начала работать первая в СССР опытная турбодетандерная установка для ожижения воздуха. Ее производительность составляла 30 кг/ч жидкого воздуха, а время запуска было всего 20 минут.

А в 1939 году Капица был избран действительным членом Академии наук СССР.

В 1941 году началась Великая Отечественная война. В том же году работа П.Л. Капицы была отмечена Сталинской премией.

Фронт все ближе подступал к Москве, и Институту пришлось эвакуироваться в Казань. Но Капица продолжал работать и здесь; им и его сотрудниками была создана мобильная воздухоразделительная установка для авиации и флота, начато освоение промышленного производства турбодетандерных установок. Кислород был остро необходим летчикам, подводникам, медикам, газосварщикам и многим другим.

При Совнаркоме создали даже специальное управление — Главкислород, во главе которого поставили П.Л. Капицу. В 1945 году началась эксплуатация крупнейшей по тому времени промышленной воздухоразделительной установки на Балашихинском кислородном заводе. За выдающиеся достижения в разработке новых промышленных методов получения кислорода Капица был награжден орденом Ленина, удостоен звания Героя Социалистического Труда.

Но мытарства ученого все еще не закончились. После победы с ним обошлись довольно сурово. В 1946 году за отказ участвовать в атомном проекте и прочие прегрешения Капица был снят с поста директора Института физпроблем, был лишен возможности работать в лаборатории и читать лекции. Тогда Петр Леонидович организовал у себя на даче домашнюю лабораторию и более семи лет продолжал исследования в «физ-избе», как он сам назвал это помещение. Именно здесь он выдвинул гипотезу о природе шаровой молнии, сконструировал самые мощные в СССР генераторы СВЧ-колебаний непрерывного действия, начал исследования по физике плазмы и электронике больших мощностей.