Впоследствии Нильс Бор писал: «Среди молодых физиков, приехавших из–за границы и работавших в Кавендишской лаборатории, одной из наиболее колоритных фигур был Капица: его фантазия и талант инженера–физика вызывали у Резерфорда восхищение. Взаимоотношения между Резерфордом и Капицей были очень характерны для обоих и, несмотря на неизбежные резкие столкновения, были с самого начала до конца проникнуты глубокой взаимной любовью».
По поручению Резерфорда Капица занялся изучением альфа–частиц. Это были «любимые» частицы Резерфорда, и почти все его ученики занимались их исследованием. Капица должен был определить импульс альфа–частицы. Он предложил метод отклонения пучка альфа–частиц, пролетающих в камере Вильсона, в сильном магнитном поле. Сами альфа–частицы были открыты Резерфордом путем отклонения компонентов радиоактивного излучения в магнитном поле. Так было экспериментально доказано, что радиоактивное излучение состоит из альфа–, бета– и гамма–составляющих, которые в магнитном поле отклоняются на разные углы.
Опыты подобного рода Капица и Семенов разработали еще в Петрограде для измерения магнитного момента атома. Они предложили использовать для этого взаимодействие пучка атомов с неоднородным магнитным полем.
Итак, для того чтобы успешно выполнить опыты по измерению импульса альфа–частицы, Капице понадобилось сильное магнитное поле. У альфа–частиц большая масса, поэтому для их отклонения нужны большие напряженности магнитного поля. Они не могли быть получены с помощью применявшихся тогда электромагнитов. Резерфорд, обнаруживший альфа–частицы в составе радиоактивного излучения, использовал гораздо менее сильные поля, чем те, которые нужны были для экспериментов Капицы.
Работы по созданию сверхсильных магнитных полей приняли самостоятельный характер и позднее увели Капицу от измерения импульса альфа–частицы к другим трудам по физике твердого тела. Таким образом, он отошел от ядерной физики. Однако темой его докторской диссертации, которую он защитил в Кембридже в 1922 году, было «Прохождение альфа–частиц через вещество и методы получения магнитных полей».
В 1923 году Капице была присуждена степень доктора философии Кембриджского университета. Вскоре после этого он получил стипендию Максвелла. В пространном письме матери от 15 июня 1923 года Петр Леонидович рассказывал:
«Вчера был посвящен в доктора философии… Мне так дорого стоил этот миг, что я почти без штанов. Благо Крокодил дал взаймы, и я смогу поехать отдохнуть… Тут у меня вышла следующая история. В этом году освободилась стипендия имени Максвелла. Она дается на три года лучшему из работающих в лаборатории, и получение ее считается большой честью… В понедельник, в последний день сдачи прошения, меня позвал к себе Крокодил и спросил, почему я не подаю на стипендию. Я отвечал, что то, что я получаю, уже считаю вполне достаточным и считаю, что как иностранец–гость должен быть скромным… Он сказал мне, что мое иностранное происхождение нисколько не мешает получению стипендии… Для меня, как пролетной птицы, конечно, это не играет никакой роли. Но, видно. Крокодил не мог понять моей психологии, и мы расстались довольно сухо… Мой отказ его, конечно, несколько озадачил и обидел… Несмотря на это, я чувствую, что поступил правильно. Но у меня на душе все же какое–то чувство, что я обидел Крокодила, который так бесконечно добр ко мне… Но, видно, все кончится благополучно.
Перед его отъездом (он уехал на месяц отдыхать) я встретил его в коридоре. Я как раз возвращался с посвящения в доктора. Я его прямо спросил:
— Не находите ли вы, профессор Резерфорд, что я выгляжу умнее?
— Почему вы должны выглядеть умнее? — заинтересовался он этим несколько необычным вопросом.
— Я только что посвящен в доктора, — ответил я.
Он сразу поздравил меня и сказал:
— Да, да! Вы выглядите значительно умнее, к тому же вы еще и постриглись, — и он рассмеялся.
Такие выходки с Крокодилом вообще очень рискованны, потому что в большинстве случаев он прямо посылает тебя к черту, и, кажется, я один во всей лаборатории рискую на эти выходки. Но когда они проходят, это указывает на то, что между нами все благополучно. Вообще я, должно быть, не раз его огорошивал. Он сперва теряется, но потом сразу посылает к черту. Уж очень непривычно к нему такое отношение со стороны младшего. И я, конечно, раз шесть получал от него как комплименты «дурак», «осел» и т. д. Но теперь он несколько уже привык. Хотя большинство работающих в лаборатории недоумевает, как вообще такие штучки возможны. Но меня страшно забавляет, как Крокодил бывает ошарашен, так что в первый момент и слова выговорить не может…»