П.Л. Капица разработал новый метод сжижения воздуха, который предопределил развитие во всем мире крупных установок для получения кислорода, азота и инертных газов. За работу «Турбодетандер для получения низких температур и его применения для ожижения воздуха» (1939) ему была присуждена первая Сталинская (Государственная) премия (1941).
В 1941 г. он наблюдал скачок температуры на границе «твердое тело – жидкий гелий» (температурный скачок Капицы).
Все эти работы послужили фундаментом нового общего подхода в физике низкотемпературных систем, основанного на введении понятия квазичастиц, положив тем самым начало физике конденсированного состояния. За результаты, опубликованные в статьях «Теплоперенос и сверхтекучесть гелия II» и «Исследование механизма теплопередачи в гелии II» (1941) в 1943 г. ему была присуждена вторая Сталинская премия. Главным направлением работы ИФП стали исследования явлений, происходящих при низких температурах вблизи абсолютного нуля.
Во время войны Капица был членом Научно-технического совета при Государственном комитете обороны и начальником Главного управления кислородной промышленности при Совнаркоме СССР. Именно тогда на базе разработанной им установки началось промышленное производство жидкого кислорода, необходимого для нужд военной техники. За эти работы ученый в 1945 г. был удостоен звания Героя Социалистического Труда.
П.Л. Капица понимал, что «всякое правительство считает себя безгрешным. Это закон природы, ему надо подчиняться». Поэтому в отношениях с властями сочетал смелость и прямоту в защите людей с прагматизмом в рабочих делах. В диалогах с властью он умел точно найти верную интонацию. Хотя и это не всегда удавалось. Так, в 1945 г. отказался участвовать в Атомном проекте. Почему? Можно только строить догадки. Скорее всего, дело в том, что он «человек, который не может вести работу в упряжке. Он либо руководитель, либо – индивидуалист. А программа, которая была поставлена, это вопрос коллективного труда». В результате был лишен всех постов и возможности работать в институте (хотя и не уничтожен физически(!)). В течение восьми лет занимался, чем мог, у себя на даче в самодельной лаборатории – низкотемпературные исследования невозможны были чисто технически. В условиях кустарной лаборатории, на базе оборудования, изготовленного им самим или друзьями, он вел исследования в области механики и гидродинамики, разработал новый тип генератора, развил общую теорию электронных приборов магнетронного типа и создал магнетронные генераторы непрерывного действия – планотрон и ниготрон; открыл так называемый плазменный шнур в плотных газах при высокочастотном разряде.
