Тем временем ученые прорабатывали разные версии и экспериментировали. 1 декабря 1942 года после 17 дней круглосуточной работы группа Ферми закончила создание реактора СР-1, способного к осуществлению цепной реакции. Этот реактор содержал 36,6 тонны оксида урана; 5,6 тонны металлического урана и 350 тонн графита. На следующий день в нем успешно осуществилась первая цепная реакция, тепловая мощность которой составила 0,5 ватта.
Серьезной проблемой было получение радиоактивных веществ с необходимыми качествами. Для ее решения в Хэнфорде начинают создаваться реакторы по производству плутония и предприятие по его обогащению. А в Ок-Ридж строится большой исследовательский реактор Х-10, на котором предполагается для проведения дальнейших исследований синтезировать плутоний.
С марта 1943 года начинает активно работать исследовательский центр в Лос-Аламосе. К 1944 году там развивались три направления: создание атомной бомбы, добыча урана-235 и плутония-239 в промышленных масштабах и подготовка к боевому использованию оружия. За последней формулировкой скрывается создание армейского подразделения, способного обеспечить боевое применение ядерного оружия. С самого начала было ясно, что ядерные бомбы будут сбрасываться с самолетов. Необходимо было немного изменить конструкцию бомбардировщиков, подготовить экипажи. К моменту, когда бомба была создана, в США было модернизировано 17 бомбардировщиков, готовых доставить страшный «подарок» в любую точку мира.
Процесс создания бомбы двигался не так быстро, как хотелось бы военным. В сентябре 1944 года существовало две основных схемы создания бомбы: одна — на основе урана, другая — на основе плутония. Однако перед участниками проекта стояло почти непреодолимое препятствие. Детально разработанный вариант урановой бомбы они не могли изготовить, поскольку общее количество высокообогащенного урана-235 на тот момент составляло всего несколько граммов, а промышленных способов его получения еще не существовало. С плутонием ситуация была прямо противоположной: его умели добывать в необходимых количествах, но не было схемы бомбы на основе плутония.
К середине 1945 года большинство технических проблем удается решить. Постепенно накапливается необходимое количество радиоактивных веществ. Одновременно с этим намечается потенциальный список целей для ядерных бомбардировок — все они находились в Японии. Первоначально в этот список входили бухта Токио (для демонстрации), Йокогама, Нашйа, Осака, Кобе, Хиросима, Кокура, Фукуока, Нагасаки, Сасебо. Позже этот список несколько раз изменялся: часть японских городов была разрушена в результате обычных бомбардировок.
Июль 1945 года стал переломным моментом в истории Манхэттенского проекта. Ученые с нетерпением готовились к испытанию первой в мире ядерной бомбы. Первоначально собирались устроить взрыв в замкнутом металлическом толстостенном контейнере, чтобы в случае неудачи сохранить как можно больше плутония. Однако, к счастью, от этой идеи отказались. Ученые не могли точно спрогнозировать, как поведет себя созданное ими детище. Слишком мало было известно на тот момент о возможностях атома. В конце концов решили взорвать «Тринити» («Троицу») на открытом полигоне, подальше от заселенных районов. Рассмотрев несколько вариантов, комитет остановился в конце концов на районе Аламогордо. Он находился на территории авиационной базы, хотя сам аэродром был расположен в некотором удалении.
Наступил день испытаний. Бомба была подготовлена и водружена на 33-метровую стальную вышку. Вокруг нее на большом расстоянии была размещена регистрирующая аппаратура. В 9 км к югу, северу и востоку от башни глубоко под землей были оборудованы три наблюдательных пункта. В 16 км от стальной башни находился командный пункт, откуда должна была поступить последняя команда. Из-за плохой погоды взрыв переносили дважды. В конце концов было принято решение взорвать бомбу в 5 часов 30 минут 16 июля 1945 года. Позже Гровс, лично присутствовавший на испытаниях, описал свои впечатления: «Моим первым впечатлением было ощущение очень яркого света, залившего все вокруг, а когда я обернулся, то увидел знакомую теперь многим картину огненного шара. Первой моей, а также Буша и Конэнта реакцией, пока мы еще сидели на земле, следя за этим зрелищем, был молчаливый обмен рукопожатиями. Вскоре, буквально через 50 секунд после взрыва, до нас дошла ударная волна. Я был удивлен ее сравнительной слабостью. На самом деле ударная волна была не такой уж слабой. Просто вспышка света была так сильна и так неожиданна, что реакция на нее снизила на время нашу восприимчивость».
После испытания руководитель Лос-Аламосской лаборатории Роберт Оппенгеймер процитировал измененный стих из Бхагавадгиты: «Теперь я — Смерть, сокрушительница миров!». На его слова откликнулся Кеннет Бэйнбридж, специалист лаборатории, ответственный за испытание. Его слова были не так поэтичны: «Теперь все мы — сукины дети».
В целом атмосфера на полигоне царила странная. Одни зрители (из числа военных) просто не понимали сути происходящего, другие откровенно радовались, что уцелели, третьи погрузились в расчеты. Зрелище ядерного гриба оказалось настолько пугающим, что многие ученые впервые задумались о том, какие силы они выпустили на свободу.
Через некоторое время после взрыва эпицентр обследовали несколько танков «Шерман», выложенных изнутри свинцовыми плитами. Зрелище было страшным: мертвая, выжженная земля, на которой в радиусе полутора километров было уничтожено все живое. Песок спекся в стекловидную зеленоватую корку, покрывающую землю. В огромной воронке лежали изуродованные остатки стальной башни. В стороне валялся исковерканный, перевернутый на бок стальной ящик — тот самый, который поначалу хотели сделать контейнером для испытаний. Мощность взрыва оценили в 20 000 тонн тринитротолуола. Это был самый мощный взрыв, когда-либо прогремевший на Земле. Для того чтобы представить себе его силу, достаточно сказать, что подобный разрушительный эффект могли вызвать 2000 самых мощных бомб времен Второй мировой войны. Но «Тринити» была только первым детищем Манхэттенского проекта. Уже готовились к выполнению своей страшной задачи «Толстяк» и «Малыш».
Военные и политики поначалу только радовались появлению нового оружия и с нетерпением ждали, когда его можно будет применить. Вопросы этики мало кого волновали. Гораздо чаще обсуждалось, стоит ли использовать бомбы в порядке изготовления или накопить запас из нескольких бомб, чтобы провести массовую бомбардировку Японии. Получив отчет об успешном испытании «Тринити», президент Трумэн предъявил Японии ультиматум, в котором требовал немедленного прекращения войны.
Почему мишенью для применения бомбы была выбрана Хиросима? Руководитель проекта объяснял это так: «Хиросима была важнейшим военным объектом Японии.
В помещении замка располагался штаб армии. Гарнизон города насчитывал 25 тысяч человек. Порт Хиросимы был основным центром для всех коммуникаций между островами Хонсю и Кюсю. Этот город был самым крупным из числа городов, не пострадавших от налетов американской авиации, если не считать Киото. Население, которое, по нашим данным, превышало 300 тысяч человек, почти целиком было занято в военном производстве, осуществлявшемся на предприятиях небольшого и совсем малого масштаба и даже просто на дому».
6 августа 1945 года в 9 часов 15 минут бомба была сброшена на Хиросиму. Бомбардировщиком Б-29, доставившим страшный груз, управлял полковник Тиббетс. Майор Фирби был бомбардиром, капитан Парсонс — специалистом по оружию, а лейтенант Джепсон отвечал за электронное оборудование.
Высота огромного белого облака, накрывшего Хиросиму после взрыва, по оценкам летчиков, достигала 13 км. Бомба, сброшенная на Хиросиму, соответствовала по силе взрыва заряду в 20 000 тонн тринитротолуола. Диаметр огненного шара составлял 17 м, температура внутри него поднялась до 300 тысяч градусов.
Фотографировать происходящее в Хиросиме было невозможно. Лишь на следующий день военные смогли увидеть результаты бомбардировки: почти 60 % города было разрушено, полыхали пожары, зона разрушений простиралась на 1800 метров от эпицентра и охватывала площадь 4, 5 км2. Из 250 тысяч жителей Хиросимы было убито и ранено 160 тысяч. Бомба, причинившая эти грандиозные разрушения, называлась «Малыш»…