«Несмотря на то, что принцип микротрона-ускорителя электронов, в котором частицы движутся в постоянном и однородном магнитном поле и ускоряются высокочастотными полями постоянной частоты, принцип, который был сформулирован еще в 1944 году Векслером в самой первой из его работ по циклическим ускорителям, никому раньше не удалось построить микротрон, в котором бы ускорение происходило устойчиво и эффективно. С. П. Капица предложил это направление и вместе с руководимой им группой построил ряд машин и разработал принципы их расчета. Это потребовало как решения ряда задач по исследованию динамики частиц — их захвата и фокусировки, так и решения ряда инженерных задач. В результате был разработан принцип микротрона, получивший большое распространение как в Советском Союзе — около 40 машин, так и за рубежом — в США построено два инжектора, в Италии, Швеции и др. странах», — писал Сергей Петрович в 1979 году в неоконченной статье «О научной работе С. П. Капицы» для представительских документов на выдвижение кандидатом в члены-корреспонденты АН СССР.
Вместе со своим сотрудником Ю. М. Ципенюком, сотрудниками ОИЯИ и ФЭИ «проведено систематическое исследование фотоделения, приведшего к установлению ряда новых закономерностей в этой области, экспериментально подтверждающих так называемую двугорбую структуру делительного барьера, ставшую важным завоеванием физики ядра», — писал Сергей Петрович в той же неопубликованной представительской статье 1979 года.
Ю. М. Ципенюк вспоминает при этом ситуацию, когда Сергей Петрович принял самое деятельное участие в его судьбе: когда тому в своей дипломной работе не удалось ответить на вопрос: «Можно ли наблюдать недавно открытый эффект Мессбауэра на микротроне?» — Сергей Петрович поговорил с отцом, напомнил о предыдущей, весьма успешной и опубликованной работе Ципенюка «Пробное тело в открытом резонаторе», предлагавшей новый способ определения поля в пространстве. Петр Леонидович пожал плечами и сказал: «Он же сделал хорошую работу, пусть и защищает ее досрочно». Ранее был только один подобный случай с учеником Ландау. Почему теоретики могут, а экспериментаторы нет? Юрий Михайлович досрочно защитился и на всю жизнь остался работать в институте.
На территории института микротронная группа во главе с Сергеем Петровичем работала в «помещении номер три» — небольшом двухэтажном здании на западном краю институтской площади, рядом с забором Института химической физики, ныне носящего имя Н. Н. Семенова. Метрах в восьмидесяти, через пруд, находится особняк П. Л. Капицы, где сегодня открыт его мемориальный музей-кабинет.
История Института физических проблем к тому времени была связана с именами выдающихся советских ученых и светил мировой физики. Здесь не раз бывал Дирак, в 1961 году институт, за год до смерти, посетил Нильс Бор.
Рассказывают, что на устроенном в честь Н. Бора семинаре П. Л. Капица спросил у датчанина:
— Скажите, почему все так стремятся попасть на работу в ваш коллектив?
— Наверное, потому, что мы не боимся показаться дураками, — с улыбкой ответил Бор.
— Ну да, — сразу нашелся Петр Леонидович, — у нас несогласных клянут и проклинают. — Он посмотрел в сторону Ландау (отличавшегося нетерпимым отношением к оппонентам): — А у вас находят их работы смелыми и интересными.
В 1962 году С. П. Капица защитил в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, диссертацию доктора физико-математических наук, которая так и называлась — «Микротрон».
Решением ВАК от 24 ноября 1962 года ему была присвоена степень доктора физико-математических наук (диплом от 27 декабря 1962 года).
В соответствии с приказом по ИФП АН СССР старшему научному сотруднику С. П. Капице с 24 ноября 1962 года в связи с решением ВАК был установлен оклад 400 рублей в месяц. Параграф 2 того же приказа указывал, что за ним сохранялась надбавка к окладу, предусмотренная приказом от 11 июля 1958 года.
Таким образом, Сергей Петрович получал очень хорошие по тем временам деньги — свыше 500 рублей в месяц. Средняя зарплата в те годы едва превышала 80 рублей в месяц, но квартплата была мизерной — до 10 рублей в месяц, бутылка водки стоила 2 рубля 12 копеек, килограмм мяса — полтора-два рубля, десяток яиц — 80 копеек, батон белого хлеба — от 9 до 20 копеек, килограмм черной икры — 19 рублей…
Работы на микротроне в те годы велись очень активно. Его применение намечалось в дефектоскопии, медицине, геологии… Его считали одним из самых перспективных ускорителей в научных исследованиях, в том числе и в квантовой механике.
Заметим, что круг научных интересов С. П. Капицы был необычайно широк. Он — автор работ в области сверхзвуковой аэродинамики, земного магнетизма, ускорителей частиц, прикладной электродинамики, синхротронного излучения, ядерной физики.