Ya en 1930, incluso destacados físicos como Ernest Rutherford y Albert Einstein sabían que había enormes cantidades de energía dentro de los átomos, pero no veían la forma de liberarla. Sin embargo, las cosas cambiaron rápidamente durante la década de 1930.
En 1932, Sir John Cockcroft y Ernest Walton consiguieron provocar por primera vez una reacción nuclear utilizando partículas aceleradas artificialmente, y después, en 1934, Frédéric e Irène Joliot-Curie y Enrico Fermi indujeron por separado la radiactividad artificial bombardeando átomos con partículas alfa y neutrones, respectivamente.
Finalmente, en diciembre de 1938, basándose en los trabajos de Otto Hahn y Fritz Strassmann, Lise Meitner y Otto Robert Frisch publicaron su teoría sobre el potencial de división de los átomos de uranio. Junto con la posibilidad de una reacción en cadena para una tremenda liberación de energía, la gente comenzó a darse cuenta de que la fisión nuclear inducida artificialmente podría ser utilizada como un arma poderosa.
En septiembre de 1939, una carta con la firma del físico Albert Einstein fue entregada al presidente Franklin Roosevelt, instándole a asignar fondos suficientes para la investigación de armas atómicas.
La carta fue redactada por Leó Szilárd y Edward Teller, quienes la presentaron a Einstein con la petición de Szilárd de que la firmara el más conocido de los Einstein. Aceptando las ideas de Szilárd y Teller, Roosevelt autorizó la creación del Comité del Uranio bajo el mando del jefe de la Oficina Nacional de Estándares, Lyman Briggs, que inició programas de investigación en el Laboratorio de Investigación Naval de Washington, DC, Estados Unidos, en 1939.
En 1940, el Comité del Uranio fue absorbido por el más amplio Comité de Investigación de la Defensa Nacional. Sin embargo, los avances fueron lentos, en parte debido a la escasa sensación de urgencia, ya que Estados Unidos aún no había entrado en la guerra.
Mientras tanto, los científicos de Gran Bretaña también se embarcaron en una misión similar. En marzo de 1940, en la Universidad de Birmingham, las investigaciones realizadas por Otto Frisch y Rudolf Peierls condujeron a la conclusión del Estudio Científico de la Guerra Aérea de que se podía producir una bomba de uranio con sólo 25 libras de uranio-235, que era un tamaño factible para un arma.
Esto era algo que el destacado físico alemán Werner Heisenberg, el principal científico del programa de investigación de armas atómicas de la Alemania nazi, nunca consiguió. La amistad entre Gran Bretaña y Estados Unidos permitió que este nuevo hallazgo se compartiera entre las dos naciones, pero Briggs no hizo ningún esfuerzo por compartir este nuevo informe con sus físicos.
El fracaso de Briggs llevó finalmente a que el programa de investigación del arma atómica fuera transferido directamente bajo el jefe del Comité de Investigación de Defensa Nacional, Vannevar Bush, en noviembre de 1941.
Brevemente, la sede administrativa del proyecto de investigación estaba situada en el 90 de Church Street, en el barrio de Manhattan, en la ciudad de Nueva York, Estados Unidos. Aunque pronto se trasladó, el nombre de Manhattan permaneció con el proyecto.
Con la entrada de Estados Unidos en la guerra en diciembre de 1941, los esfuerzos de investigación se aceleraron. A principios de 1942, el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago se unió para estudiar el plutonio (que acababa de ser descubierto por Glenn Seaborg y su equipo en febrero de 1941) y las pilas de fisión, mientras que el físico teórico J. Robert Oppenheimer, de la Universidad de California en Berkeley, se hizo cargo de la investigación para el cálculo de la masa crítica asociada a la detonación del arma.
John Manley, físico del Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago, fue asignado para ayudar a Oppenheimer a coordinar los esfuerzos de investigación de más de treinta centros de investigación y producción diferentes repartidos por todo Estados Unidos.
Sin embargo, a pesar de los numerosos emplazamientos, la investigación y la producción de armas principales se llevaban a cabo en gran medida en tres lugares de alto secreto. El conocimiento de estos lugares no se dio a conocer hasta el final de la guerra.
Las instalaciones de la remota localidad de Los Álamos, en Nuevo México, albergaban al principal grupo de investigadores y eran responsables del montaje final de las bombas. Este emplazamiento recibió el nombre en clave de “Sitio Y”.
Las instalaciones de Oak Ridge (Tennessee), que tenían fácil acceso a la energía hidroeléctrica, enriquecían uranio 235 y realizaban investigaciones para la producción de plutonio. Este lugar recibió el nombre en clave de “Sitio X”.
Las instalaciones de Hanford, Washington, que estaban cerca del río Columbia, que suministraba suficiente agua para enfriar los reactores, producían plutonio. Este emplazamiento recibió el nombre en clave de “Sitio W”.
Los tres emplazamientos estaban estratégicamente situados lo suficientemente lejos en tierra como para minimizar los ataques aéreos de Alemania o Japón.
En un esfuerzo por coordinar mejor la investigación armamentística, Roosevelt encargó al Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos la supervisión de la operación. El primer oficial que dirigió la operación fue el coronel James Marshall, que no consiguió asegurar de forma eficiente el material necesario para la investigación y la producción.
En sustitución de Marshall estuvo el coronel Leslie Groves, que fue el adjunto en la supervisión de la finalización con éxito de la gran construcción del edificio del Pentágono. Groves nombró a Oppenheimer como director científico del proyecto, lo que sorprendió a muchos debido a las opiniones políticas radicales de Oppenheimer.
En ese momento, Groves rebautizó el proyecto con el nombre de Distrito Manhattan, lo que aseguró el legado del proyecto de investigación como Proyecto Manhattan. También fue ascendido al rango de general de brigada para que tuviera la autoridad adecuada para ocuparse de los diversos problemas del proyecto.
Mientras la investigación continuaba, el ejército estadounidense buscaba activamente más uranio. Groves encomendó la responsabilidad de buscar más uranio al coronel Kenneth Nichols, quien rápidamente visitó la oficina de Edgar Sengier en Nueva York. Sengier era el director de la Union Minière du Haut Katanga, una empresa que poseía la mayor mina de uranio del mundo en la colonia belga del Congo.
Resultó que Sengier había estado acaparando uranio desde el comienzo de la tensión política europea entre Alemania y Occidente, sabiendo que el material era fundamental para el desarrollo de armas atómicas. Escondía una reserva secreta de ocho toneladas de óxido de uranio en el Marruecos francés (que más tarde se convirtió en la base del programa nuclear francés de posguerra) y otra reserva de 1.250 toneladas de mineral de uranio en Staten Island, Nueva York, Estados Unidos.
La reserva escondida en Staten Island fue finalmente adquirida por Nichols para el Proyecto Manhattan. Más tarde, Sengier se convirtió en el único ciudadano no estadounidense en ganar la Medalla al Mérito de los Estados Unidos; también recibió honores de Bélgica, el Reino Unido y Francia.
Uno de los primeros obstáculos importantes se superó el 2 de diciembre de 1942, cuando el equipo dirigido por Enrico Fermi en la Universidad de Chicago inició con éxito la primera reacción nuclear en cadena autosostenida en un reactor con el nombre en clave de Chicago Pile-1, y el proyecto comenzó a alcanzar hitos a un ritmo saludable.
Sin embargo, los esfuerzos británicos hasta ese momento fueron más lentos de lo esperado debido a la falta de financiación y se ralentizaron aún más por la falta de voluntad de Estados Unidos para colaborar. Finalmente, en agosto de 1943 se acordó, durante la conferencia de Quebec, que un equipo de investigadores británicos y canadienses se uniera al Proyecto Manhattan para poder coordinar eficazmente lo mejor de los esfuerzos angloamericanos.
En enero de 1944, la producción de uranio y plutonio había alcanzado una fase en la que los científicos podían construir modelos de trabajo de sus teorías. Rápidamente se elaboró un arma de fisión de tipo cañón en la que una masa de uranio-235 se disparaba por el cañón de un cañón hacia otra masa de uranio-235, creando la masa crítica necesaria para desencadenar una explosión; este método era tan seguro que no era necesario realizar ninguna prueba, aunque de todos modos no había suficiente uranio-235 para realizarla.
La bomba de uranio resultante recibió el nombre en clave de “Little Boy”. La bomba de plutonio se fabricó con el elemento sintético plutonio-239, hecho a partir de uranio-238. Originalmente, el arma de fisión de tipo pistola iba a ser también el plan para la bomba de plutonio, cuyo nombre en clave era “Thin Man”.
Sin embargo, en abril de 1944, el físico Emilio Segrè, de Los Álamos, descubrió que el dispositivo de detonación de tipo pistola era completamente inadecuado para el plutonio-239, y el detonador de tipo pistola para la bomba de plutonio se abandonó totalmente en julio de 1944, poniendo fin a la parte “Thin Man” del proyecto.
El método alternativo para detonar la bomba de plutonio, por improbable que pareciera en aquel momento, era la implosión, en la que una masa subcrítica de plutonio se vería obligada a colapsar sobre sí misma durante una explosión inducida químicamente, creando una masa crítica debido al aumento de la densidad. Este método sólo se consiguió tras una reorganización que dedicó a casi todos los científicos del Proyecto Manhattan a investigar este problema.
Debido a la complejidad del detonador de tipo implosión, se decidió que debía realizarse una prueba a pesar del despilfarro en plutonio, y así llegó la Prueba Trinity.
La prueba del arma de implosión de plutonio estaba programada para el 16 de julio de 1945 en un lugar a 35 millas al sureste de Socorro, Nuevo México, en el sector norte del Campo de Bombardeo de Alamogordo (ahora el Campo de Misiles de White Sands).
El lugar se eligió para que fuera lo suficientemente remoto como para mantener la prueba en secreto, además de que se desconocía la potencia del explosivo, por lo que la distancia del lugar a la civilización añadía una zona de amortiguación. La planificación de la prueba se asignó a Kenneth Bainbridge, profesor de física de la Universidad de Harvard, que trabajaba bajo la dirección del experto en explosivos George Kistiakowsky.
Se reunió un conjunto de equipos científicos para obtener datos, mientras que se desplegaron docenas de cámaras operadas por el equipo de Berlyn Brixner para captar las imágenes. Desde el punto de vista militar, los soldados llegaron ya en otoño de 1944 para salvaguardar la seguridad física, y a principios de 1945 se establecieron puestos de control en todo el recinto, atendidos por policías militares.
El 7 de mayo, más de dos meses antes de la prueba, se realizó una explosión de prueba de 108 toneladas de TNT para calibrar los instrumentos. Las predicciones de los científicos sobre la prueba abarcaron todo el espectro.
Algunos predijeron que la prueba no produciría energía alguna, mientras que otros pensaron que la prueba desencadenaría la detonación de toda la atmósfera, con lo que la superficie de la Tierra quedaría destrozada. El físico I. I. Rabi, que predijo que la explosión produciría la misma energía que 18 kilotones de TNT, fue quien más se acercó al resultado real.
El día de la prueba atómica, Oppenheimer y el general Thomas Farrell, oficial del ejército estadounidense encargado de la prueba, observaron desde uno de los dos búnkeres a 16 kilómetros del lugar de la prueba junto con más de 258 personas. Groves también estaba entre ellos, observando desde el segundo búnker a 32 kilómetros de distancia.
Desde lo alto de una torre de acero de 20 metros, el arma de plutonio “Gadget”, que había sido ensamblada tres días antes en la cercana McDonald Ranch House, fue detonada a las 05:29:45 hora local/11:29:45 UTC (retrasada respecto a la hora original de las 4:00 hora local/10:00 UTC debido a la lluvia y los rayos).
La cuenta atrás final fue leída por el físico Samuel K. Allison. La explosión liberó una energía equivalente a la explosión de unos 20 kilotones de TNT, dejando un cráter de vidrio verde claro ligeramente radiactivo apodado Trinitite en el desierto de 3 metros de profundidad y 330 metros de ancho.
La conmoción de la explosión se sintió a más de 300 kilómetros de distancia, y la nube en forma de hongo alcanzó los 12 kilómetros de altura. “Funcionó”, murmuró Oppenheimer. “Ahora somos todos unos hijos de puta”, dijo Bainbridge.
Oppenheimer señaló más tarde que una línea de la escritura hindú el Bhagavad Gita vino a su mente mientras observaba la explosión: “Me he convertido en la Muerte, el destructor de mundos”. En el informe oficial del ejército estadounidense sobre la prueba, Farrell dijo que
Los efectos de la iluminación son indescriptibles. Todo el país estaba iluminado por una luz abrasadora con una intensidad muchas veces superior a la del sol del mediodía. Era dorada, púrpura, violeta, gris y azul. Iluminaba todos los picos, las grietas y las crestas de la cordillera cercana con una claridad y una belleza que no pueden describirse, sino que deben verse para imaginarse.
Para encubrirlo, la Base Aérea de Alamogordo emitió un comunicado de prensa en el que se indicaba que un depósito de municiones había explotado en un accidente que no había causado heridos, y que el cráter se había llenado tan pronto como los científicos lo habían observado.
El suceso permaneció en secreto hasta después de la destrucción de Hiroshima el 6 de agosto de 1945. Tres días después de Hiroshima, Nagasaki fue destruida por la bomba atómica “Fat Man”, que tenía el mismo diseño que la bomba “Gadget” utilizada para la prueba Trinity. El 12 de agosto se hizo público el Informe Smyth con información técnica sobre la prueba.
La exitosa prueba Trinity fue considerada por muchos como el inicio de la Era Atómica, ya que fue la prueba de una tecnología de arma nuclear. En 1952, el lugar de la explosión fue arrasado y los restos de Trinitite fueron eliminados. La radiación residual seguía siendo hasta diez veces superior a la radiación natural, incluso después de 60 años.
Los esfuerzos soviéticos para desarrollar un arma atómica comenzaron en septiembre de 1941, dirigidos por Igor Kurchatov. El programa soviético era significativamente menor que su homólogo estadounidense, pero progresó con relativa rapidez gracias a una eficaz red de espionaje en la que participaron los investigadores de Los Álamos Klaus Fuchs y Theodore Hall (que no sabían que el otro también era un espía).
A nivel de los esfuerzos alemanes, el físico Werner Heisenberg fue el jefe de los esfuerzos de Alemania para desarrollar una bomba atómica, que fracasó en la construcción de un reactor debido en parte a su decisión de utilizar agua pesada como moderador de neutrones.
Su investigación se vio aún más obstaculizada por los esfuerzos de los Aliados, que negaron el agua pesada al programa de investigación alemán. Después de la guerra, Heisenberg insistió en que, en cualquier caso, nunca había tenido la intención de utilizar su investigación como un arma, aunque su reactor de agua pesada en curso se construyó con financiación del gobierno.
Los investigadores japoneses se centraron en el uranio de forma muy similar a los esfuerzos estadounidenses. El teniente general Takeo Yasuda, del Instituto de Investigación de Tecnología de la Aviación del ejército japonés, se encargó de la investigación. Consiguió depósitos de mineral de uranio en el norte de Corea e invitó a Yoshio Nishida, el principal físico nuclear de Japón, a dirigir a los científicos.
En Hungnam, Corea, Japón construyó una instalación nuclear y se rumorea que realizó con éxito una explosión nuclear en el lugar el 10 de agosto de 1945, cuatro días después de que los estadounidenses destruyeran Hiroshima y Nagasaki. La instalación japonesa de Hungnam fue posteriormente desmantelada y llevada a Rusia por las tropas soviéticas, con todo el material nuclear restante, sin ninguna discusión previa con sus aliados angloamericanos.
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