Trinity (essai atomique)

Trinityest lenom de codedu premieressaid'unearme nucléaireréalisé par lesforces armées des États-Unisle16juillet1945dans le cadre duprojet Manhattan. Le test fut réalisé sur lechamp de tir d'Alamogordoà une cinquantaine de kilomètres de la ville deSocorroauNouveau-Mexiqueet démontra la viabilité du type d'arme qui fut utilisé pour lesbombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasakien août 1945.
Dans le cadre du projet Manhattan, les scientifiques dulaboratoire de Los Alamosdéveloppèrent une arme àfissionutilisant duplutoniumsurnommée «Gadget». En raison de sa complexité, ils n'étaient pas certains qu'elle fonctionnerait. Il fut donc décidé de réaliser un essai dans une région isolée et inhabitée et le choix se porta à la fin de l'année 1944 sur la zone désertique deJornada del Muertoau Nouveau-Mexique. Un camp de base abritant les infrastructures de soutien fut construit et il accueillait 425 personnes au moment de l'explosion.
Le nom de codeTrinityfut proposé par le physicienRobert Oppenheimerdirigeant le laboratoire de Los Alamos en référence à un poème deJohn Donnesur laTrinité. Craignant unlong feu, les scientifiques demandèrent la construction d'un conteneur métallique appelé Jumbo afin de récupérer le plutonium ; ce dernier ne fut finalement pas utilisé. Une répétition fut par ailleurs organisée le7 maiavec 108 tonnes d'explosifs mélangées à des particules radioactives pour calibrer les instruments.
La détonation de Gadget dégagea uneénergied'environ 21kilotonnes de TNTet fut considérée comme un succès par les observateurs parmi lesquels figuraientVannevar Bush,James Chadwick,James Conant,Enrico Fermi,Leslie Groves,Richard TolmanetRobert Oppenheimer. Bien que l'explosion ait été vue et entendue à des dizaines de kilomètres, le public ne fut informé de l'essai que le12 aoûtà la publication durapport Smyth.
Devenu unNational Historic Landmarken 1965 et inscrit auRegistre national des lieux historiquesl'année suivante, le site fait aujourd'hui partie de labase de lancementde White Sands et est ouvert au public deux fois par an.
Le concept d'arme nucléaireémergea dans les années 1930 à la suite des découvertes scientifiques concernant la structure de l'atomeet lafission nucléaire. La montée des régimes fascistes en Europe et le déclenchement de laSeconde Guerre mondialefirent craindre le développement d'unprogramme nucléaire naziet les scientifiques, dont certains avaient fui l'Allemagne, pressèrent les gouvernements américain et britannique de faire de même. Enjuin 1942, les deux pays fusionnèrent leurs deux programmes au sein duprojet Manhattansous la responsabilité dubrigadier-généralLeslie Grovesde l'Armée de terre américaine. Le développement des armes fut réalisé àLos Alamosdans leNouveau-Mexiquesous la supervision du physicienRobert Oppenheimertandis que d'autres travaux de recherche furent réalisés à l'université de Chicago, à l'université Columbiaet auRadiation Laboratoryde l'université de Californie à Berkeley.
La physique nucléaire restait encore une science jeune dans les années 1940 et les scientifiques ignoraient quelle forme pourrait prendre une arme nucléaire. Pour ne négliger aucune piste, ils entreprirent de développer deux types de bombe employant chacune un matériau fissile différent : l'uraniumet leplutonium. La production de ces deux éléments représentait une entreprise industrielle considérable étant donné la technologie de l'époque et elle finit par représenter 80 % du coût total du projet Manhattan. L'enrichissement de l'uraniumdestiné à accroître sa teneur enuranium 235, unisotopefissilenécessaire à laréaction en chaîne, fut réalisé àOak Ridgedans leTennessee. En utilisant de complexes procédés deséparation isotopiquedans de gigantesques installations, les scientifiques du projet Manhattan parvinrent à produire les premiers kilogrammes d'uranium de qualité militaire enjuin 1944.
La production de plutonium posa des problèmes différents car il s'agissait d'unélément synthétiquen'existant qu'à l'état detracesà l'état naturel. Ses caractéristiques physiques, chimiques et métallurgiques étaient donc mal connues et jusqu'en 1944, seuls quelques microgrammes avaient été produits dans descyclotronsalors que plusieurs kilogrammes étaient nécessaires pour fabriquer une bombe. Lorsque la production industrielle débuta dans leréacteur nucléaire X-10puis dans ceux du site deHanforddans l'État de Washington, les scientifiques découvrirent que le plutonium, majoritairement composé de l'isotope239, avait une proportion plus élevée qu'attendue en isotope 240 bien plus instable. Cela signifiait que le modèle d'arme à insertion envisagé par les scientifiques où deux blocs de matières fissiles étaient projetés l'un contre l'autre était inenvisageable. En effet, lamasse critiqueserait atteinte trop rapidement et produirait unlong feu, uneexplosion nucléairebien plus faible que prévu.
Les chercheurs de Los Alamos se tournèrent alors vers l'alternative plus complexe de la bombe à implosion. Enseptembre 1943, le mathématicienJohn von Neumannavait proposé un modèle d'arme composé d'un cœur en matière fissile entouré par deux types d'explosifsproduisant desondes de chocdevitesses différentes. En alternant précisément les couches pour former unelentille explosive, il était possible de concentrer l'énergie vers le cœur de plutonium pour le comprimer à plusieurs fois sa densité initiale et atteindre une masse critique. Cette technique était particulièrement délicate à mettre en œuvre et tout le laboratoire de Los Alamos fut réorganisé enaoût 1944pour se concentrer sur la création d'une arme à implosion fonctionnelle.
En raison de la complexité d'une arme à implosion, il fut proposé de réaliser un essai préalablement à son utilisation militaire pour évaluer son efficacité. Cette idée était soutenue par Oppenheimer et il la suggéra à Groves. Ce dernier l'accepta non sans réserves car la production du plutonium avait coûté énormément de temps et d'argent et il voulut savoir s'il était possible de le récupérer après le test. Enfévrier 1944, le physicienNorman Foster Ramseyproposa de réaliser un essai d'une puissance limitée dans une enceinte de confinement afin de pouvoir récupérer le plutonium.
Les scientifiques doutaient cependant de leur capacité à contrôler la réaction en chaîne pour maintenir l'explosion dans les limites de résistance de l'enceinte et ils craignaient que les données obtenues ne soient pas représentatives du fonctionnement de la bombe à échelle réelle. Oppenheimer avança alors que« le gadget à implosion doit être testé de manière que la production d'énergie soit comparable avec celle envisagée pour son utilisation finale». Enmars 1944, il obtint l'accord de Groves pour la réalisation d'une explosion non limitée dans une enceinte de confinement ; le responsable du projet Manhattan s'inquiétait cependant de la possibilité d'un échec et de la manière dont il devrait expliquer la perte d'un milliard de dollars de plutonium.
L'origine exacte du nom de code «Trinity» est inconnue mais elle est souvent attribuée à Oppenheimer en référence à un poème de l'auteur anglaisJohn Donne. En 1962, Groves lui écrivit à ce sujet en lui demandant s'il l'avait choisi pour ne pas attirer l'attention car nombre de rivières et de montagnes de l'Ouest américainportent le même nom. Il reçut la réponse suivante :
Pour garantir la sécurité des populations et le secret de l'essai, le site devait être inhabité et les scientifiques désiraient une zone plate pour minimiser les effets de l'onde de choc et un vent faible pour limiter lesretombées. Huit emplacements furent sélectionnés : lavallée de Tularosa(en), lavallée de Jornada del Muerto(en), la zone au sud-ouest de la ville de Cuba, la région au nord de la ville de Thoreau et les champs de lave de l'El Malpais National Monumentau Nouveau-Mexique ; lavallée San Luis(en)près duparc de Great Sand Dunesdans leColorado; leDesert Training Areaet l'île San NicolasenCalifornie du Sud; et l'île PadreauTexas. Après une étude approfondie des différents sites, le choix se porta le7 septembre 1944sur l'extrémité nord duchamp de tir d'Alamogordodans la vallée de Jornada del Muerto ducomté de Socorroau Nouveau-Mexique (33° 40′ 38″ N, 106° 28′ 31″ O).
La seule structure des environs était une maison, leranchMcDonald, à environ trois kilomètres au sud-est. Ses propriétaires avaient étéexpropriésen 1942 lors de la création du champ de tir qui servait de lieu d'entraînement pour les équipages de bombardier ; le terrain alentour utilisé comme pâturage fut interdit d'accès. L'habitation fut utilisée par les scientifiques comme un laboratoire pour tester les composants de la bombe. La ville la plus proche, San Antonio, se trouvant à une quarantaine de kilomètres du site choisi, un camp de base fut construit à quinze kilomètres au sud-ouest pour accueillir le personnel et les installations de support technique ; 250 personnes travaillaient sur place enjuillet 1945et 425 étaient présentes le week-end de l'essai.
Les douze hommes de lapolice militairede Harold Bush arrivèrent sur le site le30 décembre 1944pour établir les premiers contrôles de sécurité et organiser des patrouilles à cheval. Les distances se révélant trop importantes pour les montures, elles furent remplacées par desjeepset des camions ; les chevaux restèrent sur place pour les matchs depolo. Le maintien du moral des hommes travaillant de longues heures dans les conditions difficiles du désert fut difficile et Bush s'efforça d'améliorer les logements et les repas et d'organiser des divertissements.
Les effectifs présents sur place augmentèrent tout au long de la première moitié de l'année 1945. L'eau des puits se révéla impropre à la consommation en raison de sa salinité et si elle convenait pour la toilette moyennant un savon spécial fourni par laMarine, il fut nécessaire de se procurer de l'eau potableauprès des pompiers de la ville voisine deSocorro. L'embranchement particuliersur la voie ferrée à Pope fut rénové et une zone de déchargement fut construite. Par ailleurs des routes furent tracées jusqu'au camp et plus de 320 kilomètres de fils téléphoniques furent posés.
En raison de sa proximité avec le champ de tir, le camp fut accidentellement bombardé en mai. Lors d'un raid d'entraînement nocturne, le premier appareil détruisit accidentellement le générateur éclairant la cible, qui fut plongée dans l'obscurité. Quand les avions suivants arrivèrent sur place, ils se mirent à la recherche d'une cible illuminée et comme les pilotes n'avaient pas été informés de la présence du camp de Trinity, ce fut vers celui-ci qu'ils se dirigèrent. Le bombardement accidentel provoqua un début d'incendie et endommagea l'écurie ainsi qu'un atelier de charpentier.
La conception de l'enceinte de confinement, surnommée « Jumbo », destinée à récupérer la matière fissile en cas d'échec de l'explosion fut confiée à Robert W. Henderson et Roy W. Carlson de Los Alamos. Les physiciensHans Bethe, Victor Weisskopf etJoseph Oakland Hirschfelderdéterminèrent qu'elle devait avoir la forme d'une sphère d'un diamètre de 4 à 4,6 mètres, une masse de 150 tonnes et devait pouvoir résister à une pression de3 450bars. Après avoir demandé l'avis d'entreprises sidérurgiques et ferroviaires, Carlson développa un modèle réduit en forme de cylindre plus facile à fabriquer mais toujours aussi complexe à transporter. Pour sa fabrication, il se tourna vers la sociétéBabcock & Wilcox, spécialisée dans la production de chaudières pour la Marine dont les caractéristiques étaient similaires à celles exigées pour Jumbo.
Livré enmai 1945, Jumbo avait un diamètre de trois mètres, une longueur de 7,6 mètres, des parois de 360 millimètres d'épaisseur et pesait 217 tonnes. Un train spécial l'achemina depuis son lieu de fabrication àBarbertondans l'Ohiojusqu'à Pope où il fut transbordé sur un grand chariot et remorqué sur 40 kilomètres par des tracteurs. Il s'agissait à l'époque du plus lourd objet jamais transporté par rail.
Pour beaucoup de chercheurs de Los Alamos, Jumbo était« la traduction physique du moment où le laboratoire avait eu le moins d'espoir dans le succès d'une bombe à implosion». À son arrivée, les scientifiques avaient cependant repris confiance dans son fonctionnement et la production des réacteurs de Hanford permettait d'écarter tout risque de pénurie de plutonium même en cas d'échec du test. Par ailleurs, la présence d'un conteneur risquait de modifier le comportement de l'explosion et donc de perturber les analyses; il fut donc décidé de ne pas l'utiliseret de le positionner sur une structure en acier à 730 mètres du lieu de l'essai. Il survécut à l'explosion et se trouve toujours sur place.
Comme il n'était pas prévu un second essai, le responsable du testKenneth Bainbridgedécida de réaliser une répétition générale pour valider les procédures et calibrer les équipements. Oppenheimer était initialement sceptique mais il donna son accord et reconnut par la suite que cela contribua à la réussite de l'essai Trinity.
Pour ce test préliminaire, 110 tonnes deTNTfurent empilées sur une plateforme en bois de six mètres de haut à 730 mètres dupoint zéro. Pour simuler les effets radioactifs, un échantillon provenant de Hanford, renfermant une source radioactive d'activité bêtaetgammade respectivement 37 et 15TBq, fut dissous et réparti dans des tubes traversant le tas d'explosif. Le test était prévu pour le5 mai, mais il fut repoussé de deux jours pour permettre l'installation d'équipements supplémentaires. La détonation devait avoir lieu à4hmais elle fut retardée de 37 minutes, pour qu'unB-29d'observation soit présent.
La boule de feu fut visible depuis labase d'Alamogordo, à une centaine de kilomètres, mais l'onde de choc fut limitée. Peu après, le physicienHerbert L. Anderson(en)utilisa un charM4 Shermanmodifié et recouvert deplombpour approcher le cratère de 9,1 mètres de diamètre et 1,5 mètre de profondeur. Les échantillons de sol révélèrent que la radioactivité était suffisamment faible pour autoriser un accès sans protection particulière, mais limité à quelques heures. Du point de vue technique, une défaillance électrique d'origine inconnue fit que l'explosion eut lieu 0,25 seconde trop tôt, ruinant les expériences nécessitant une précision plus importante.
Le test permit de mettre en évidence des problématiques imprévues. À la suite de la saturation du système téléphonique, de nouvelles lignes furent posées et enterrées pour éviter d'être endommagées par les véhicules, un plus grand nombre de radios fut distribué, et untéléscripteurfut installé pour faciliter les communications avec Los Alamos. Il était également apparu que les véhicules n'étaient pas assez nombreux, et qu'il leur fallait un atelier de réparation. Les routes furent jugées de mauvaise qualité, car la poussière soulevée par le passage des véhicules perturbait les équipements ; plus d'une trentaine de kilomètres de routes furent ainsirevêtuespréalablement à l'essai Trinity. Enfin, un nouveau bâtiment fut construit au camp de base, pour permettre des réunions avec un plus grand nombre de participants, et la cantine fut agrandie.
Le terme de «Gadget» était un euphémisme de laboratoire pour désigner une bombeet la section du laboratoire de Los Alamos responsable du développement de l'arme, prit le nom de « division G » (pour Gadget) enaoût 1944. À ce moment, le mot ne faisait pas spécifiquement référence à la bombe devant être employée pour l'essai Trinity, car elle n'avait pas encore été développée; quand ce fut le cas, le terme fut utilisé comme nom de code par le laboratoire. Officiellement, le Gadget de Trinity était du type Y-1561, comme le futFat Man, utilisée quelques semaines plus tard lors dubombardement de Nagasaki. Les deux étaient très similaires, et les principales différences étaient l'absence defuséeet d'enveloppe balistique.
L'élément central de la bombe, le cœur, était composé de deux hémisphères moulés et pressés de 92 millimètres de diamètre et d'une masse totale de 6 190 grammes. Ces derniers étaient composés d'unalliagede plutonium — sous saforme allotropiqueδ, la plus malléable et facile à usiner — et degallium, destiné à maintenir sa stabilité à température ambiante. La désintégration du plutonium générait unepuissancede 15wattschauffant le cœur à une température d'environ40°C. Les demi-sphères possédaient par ailleurs unrevêtementenargent; mais des boursouflures apparurent sur ce revêtement, qui furent recouvertes defeuilles d'or, et les cœurs suivants reçurent un revêtement ennickel, plus stable. Le cœur de Trinity n'était composé que de ces deux hémisphères, mais les cœurs ultérieurs furent équipés d'un anneau de section triangulaire, au niveau de la jonction des deux-demi sphères, pour éviter que les neutrons ne puissent s'échapper et provoquer une pré-détonation.
Au centre du cœur se trouvait une cavité sphérique d'environ 25 millimètres, destinée à accueillir la source de neutrons appelée initiateur. L'initiateur était composé de deux hémisphères enbéryllium, entourant une sphère de béryllium recouverte depolonium; la compression de cet initiateur par les ondes de choc générées par les lentilles explosives devait provoquer le mélange des deux composants, et générer les neutrons destinés à déclencher la réaction en chaîne du plutonium.
Dans l'assemblage final, le cœur en plutonium était placé au milieu de deux demi-cylindres en uranium. Cet élément surnomméslugétait positionné dans une sphère en uranium de centre creux, elle-même placée entre deux hémisphères en aluminium au contact des lentilles explosives. Cette conception différente du simple assemblage de sphères sous la forme depoupées gigognesétait liée à des questions de sécurité : leslugcontenant les éléments nucléaires pouvait être assemblé plus facilement et maintenu aussi longtemps que possible à l'écart des explosifs. Le choix de l'uranium pour lesluget la sphère centrale était lié à sa densité, qui permettrait de maintenir le cœur comprimé lors de la réaction en chaîne, et d'obtenir le meilleur rendement possible. Cet uranium n'était pas enrichi, et n'était pas destiné à participer à la réaction en chaîne initiale, mais des études ultérieures de l'essai Trinity révélèrent qu'environ 30 % de son énergie était liée à la fission de l'uraniuminduite par les neutrons rapides de l'explosion.
Un essai d'assemblage de Gadget, sans les composants nucléaires et explosifs, fut réalisé avec succès par l'équipe deNorris Bradburyà Los Alamos le3 juillet. Les lentilles explosives arrivèrent au laboratoire les 7 et10 juillet; chacune fut analysée par Bradbury et l'expert en explosifsGeorge Kistiakowsky, qui choisirent les meilleures. Les autres furent confiées àEdward Creutz(en), qui réalisa un essai de détonation près de Los Alamos. Les premières analyses semblèrent montrer que les lentilles n'avaient pas explosé simultanément. Cela laissait penser que l'essai Trinity échouerait, mais Bethe étudia de manière approfondie les résultats durant la nuit, et conclut que tout avait fonctionné correctement.
L'assemblage final des éléments nucléaires commença le13 juilletdans la ferme du ranch McDonald, dont la chambre principale avait été transformée ensalle blanche. L'initiateur, assemblé parLouis Slotin, fut placé au centre des deux hémisphères de plutonium. La sphère obtenue fut alors positionnée parCyril Stanley Smithdans les demi-cylindres duslug; les interstices furent comblés avec des feuilles d'or, et les deux moitiés duslugétaient maintenues jointes par des vis en uranium. La capsule de 48 kilogrammes ainsi assemblée fut alors transportée à la base de la tour, où son sommet fut percé pour permettre son accrochage à un treuil. Hissée au sommet de Gadget, elle fut descendue dans son centreviaun espace créé par le retrait de deux lentilles explosives. Au moment de son arrivée au niveau de la sphère percée en uranium, il s'avéra que la capsule était trop large pour l'orifice.Robert Bacherréalisa que la chaleur dégagée par le plutonium avait entraîné unedilatationde la capsule, tandis que le froid nocturne avait provoqué une diminution de volume de la sphère en uranium. La mise en contact des deux éléments permit un équilibrage thermique, et la capsule entra complètement dans son emplacement au bout de quelques minutes. L'anneau de levagefut retiré, et l'orifice dans la capsule comblé par un bouchon en uranium. Un disque deborefut placé au sommet de la capsule et un bouchon en aluminium fut vissé dans la sphère du même métal, avant que les deux lentilles explosives manquantes soient ajoutées. Le dernier élément de l'enveloppe enduraluminfut mis en place, et l'assemblage fut achevé vers16h45le13 juillet.
Gadget fut hissé jusqu'au sommet de la tour en acier de 30 mètres, où se trouvait une plate-forme en bois et un abri rudimentaire entôle ondulée; des matelas avaient été positionnés à la base de la tour au cas où le câble céderait. Le choix d'une explosion en hauteur était destiné à simuler un largage par un bombardier, et à réduire la contamination radioactive du sol. Une équipe composée de Bainbridge, Kistiakowsky, Joseph McKibben et de quatre soldats dont le lieutenant Bush réalisa l'armement final peu après22hle15 juillet.
Dans les deux semaines précédant le test, environ 250 personnes de Los Alamos travaillaient sur le site de Trinity, et la police militaire du lieutenant Bush comptait alors 125 hommes, chargés de surveiller et d'entretenir le camp de base. Cent soixante hommes sous le commandement du major T. O. Palmer étaient stationnés en dehors de la zone interdite, dans l'éventualité où une évacuation de la population serait nécessaire. Ils avaient suffisamment de véhicules pour transporter 450 personnes jusqu'à la base d'Alamogordo, où des infrastructures avaient été construites pour les accueillir. Groves avertit par ailleurs legouverneur du Nouveau-MexiqueJohn J. Dempsey qu'il aurait peut-être à faire appliquer laloi martialedans le sud-ouest de l'État.
Des abris furent construits à environ10 000yards(9 100m) au nord, à l'ouest et au sud de la tour, et furent appelés N-10,000, W-10,000 et S-10,000. Chacun avait un responsable : Robert Wilson à N-10,000, John Manley à W-10,000 etFrank Oppenheimerà S-10,000. La plupart des observateurs se trouvaient néanmoins à une trentaine de kilomètres, et certains assistèrent à l'explosion de façon plus ou moins informelle ;Richard Feynmanaffirma ainsi qu'il fut la seule personne à avoir vu l'explosion sans les lunettes de protection fournies, car il avait utilisé le pare-brise de son véhicule pour filtrer les rayonsultravioletnocifs. Bainbridge demanda à Groves de lui donner une liste deVIPde dix noms. Il choisit Oppenheimer,Richard Tolman,Vannevar Bush,James Conant,Thomas F. Farrell(en),Charles Lauritsen,Isidor Isaac Rabi,Geoffrey Taylor,James Chadwicket lui-même. Le groupe assista à l'essai depuis Compania Hill à environ 30 kilomètres au nord-ouest de la tour.
Les observateurs prirent les paris sur les résultats de l'essai. Edward Teller était le plus optimiste en prédisant uneénergiede 45kilotonnes de TNT; en conséquence, il porta des gants, des lunettes de soleil sous les lunettes de soudeur fournies par le gouvernement ainsi que de lacrème solairequ'il partagea avec ses collègues. Il fut néanmoins l'un des rares scientifiques à voir directement le test, car il n'avait pas suivi les consignes demandant aux observateurs de se coucher au sol dos à l'explosion. Les autres étaient moins optimistes, et Ramsey envisagea même un échec complet. Robert Oppenheimer prédit une énergie de 300 tonnes de TNT, Kistiakowsky 1 400 tonnes et Bethe 8 000 tonnes. Rabi, le dernier arrivé, remporta les paris avec une estimation de 18  kilotonnes.Enrico Fermioffrit de prendre des paris sur la possibilité que l'explosion enflamme l'atmosphère, et si cela était le cas, si seul l'État ou toute la planète seraient incinérés. Bethe avait auparavant déterminé qu'une telle éventualité était quasiment impossible, mais Bainbridge fut furieux que Fermi effraye ainsi les gardes qui n'avaient pas les connaissances pour savoir si cela était vrai ou non. De son côté, sa plus grande crainte était que rien ne se passe, car cela l'obligerait à s'approcher de la tour pour enquêter.
Les prises de vue photographiques de l'essai furent réalisées par une cinquantaine de caméras et d'appareils pouvant prendre jusqu'à 10 000imagespar seconde. Unspectromètrerotatif placé à 9 100 mètres réaliserait l'analyse duspectre électromagnétiquelors du premier dixième de seconde, tandis qu'un second, plus lent, suivrait la boule de feu. Des caméras furent également placées dans des abris à seulement 730 mètres de la tour derrière des plaques d'acier et de verre ; les abris étaient montés sur des skis pour permettre leur remorquage par le char recouvert de plomb. Malgré les consignes, certains observateurs amenèrent leur propre matériel photographique. Segré avait ainsi fait entrer l'appareil du physicienJack Aeby, qui réalisa la seule photographie bienexposéeconnue de l'explosion.
Pour le test, les scientifiques désiraient une bonne visibilité, un faible taux d'humidité, des vents faibles à basse altitude et des vents orientés à l'ouest à haute altitude. Des conditions optimales furent prévues entre le 18 et le21 juilletmais laconférence de Potsdamdevait débuter le 16 et leprésidentHarry S. Trumanvoulait que l'essai eut lieu avant. Le test fut donc planifié pour le16 juilletau moment où tous les éléments de la bombe devenaient disponibles.
La détonation devait initialement avoir lieu à4hmais elle fut repoussée en raison d'orages. Les scientifiques craignaient que les retombées radioactives ne soient accrues par la pluie et qu'un éclair ne déclenche une explosion prématurée. Un rapport météorologique favorable fut publié à4h45et lecompte à reboursfinal de vingt minutes fait parSamuel King Allisondébuta à5h10. Il y eut quelques problèmes de communication : la fréquence utilisée par le B-29 d'observation était la même que celle de la radioVoice of Americaet les radios FM partageaient leurs fréquences avec une station de chargement ferroviaire deSan Antonioau Texas.
À5h29min21s(± 2 secondes), Gadget explosa avec une énergie d'environ 20 kilotonnes de TNT. Le sable, composé en grande partie desilice, fondit et se transforma en unverrelégèrement radioactif et verdâtre qui fut appelétrinititeau sein duquel une étude de 2021 mit en évidence la formation d'unquasi-cristal. L'explosion laissa un cratère de 1,5 mètre de profondeur sur 9,1 mètres de diamètre. Les observateurs rapportèrent que les montagnes alentour furent éclairées« plus brillamment qu'en plein jour »pendant une ou deux secondes tandis que les personnes présentes au camp de base indiquèrent que la chaleur« était aussi forte que dans un four ». Le son de l'explosion fut entendu à plus de 160 kilomètres et lenuage en champignons'éleva jusqu'à une altitude de 12 100 mètres.
Présent à Compania Hill, Ralph Carlisle Smith écrivit :
Dans son compte-rendu officiel, Farrel nota :
William L. LaurenceduThe New York Timesavait été transféré temporairement au sein du projet Manhattan à la demande de Groves au début de l'année 1945. Ce dernier assista ainsi à l'essai Trinity et au bombardement de Nagasaki ; il écrivit également des communiqués de presse avec l'aide de l'équipe de relations publiques du Projet. Il rapporta par la suite :
Après l'euphorie initiale, Bainbridge dit à Oppenheimer :« Maintenant nous sommes tous des fils de pute». Rabi remarqua la réaction d'Oppenheimer :« Je n'oublierai jamais son pas ; je n'oublierai jamais la façon dont il est sorti de la voiture… son pas était celui dutrain sifflera trois fois… ce genre de bravade. Il l'avait fait. »
Oppenheimer rapporta par la suite qu'au moment de l'explosion, il pensa à un verset duBhagavad-Gita, l'un des textes fondamentaux de l'hindouisme:
Plusieurs années par la suite, il indiqua qu'il avait un autre verset en tête :
Immédiatement après l'explosion, les deux charsM4 Shermanrecouverts de plomb commencèrent à avancer vers le cratère. Les analysesradiochimiquesd'échantillons de sol qu'ils collectèrent indiquèrent que l'énergie de l'explosion avait été d'environ 18,6 kilotonnes de TNT. Cinquante microphones associés à desmanomètresfournirent des données concernant la pression de l'onde de choc; les données obtenues suggéraient une énergie d'environ 9,9 kilotonnes de TNT (± 1 %). Des détecteurs de neutrons et de rayonnements gamma avaient également été installés mais peu survécurent à l'explosion. Les estimations modernes donnent une énergie de 21 kilotonnes de TNTdont environ quinze issus de la fission du cœur en plutonium et six venant de la fission des éléments en uranium.
À la suite de l'analyse des données obtenues durant l'essai, l'altitude de détonation pour les bombardements sur Hiroshima et Nagasaki fut fixée à 560 mètres pour maximiser l'effet du souffle. Oppenheimer indiqua également à Groves que l'uranium utilisé dans une arme à insertion commeLittle Boyserait mieux employé dans un cœur composite associé à du plutonium ; cette proposition arriva trop tard pour la bombe qui fut larguée sur Hiroshima mais la production des cœurs composites commença immédiatement.
L'intense lumière et la puissante détonation furent remarquées dans tout le Nouveau-Mexique. Groves fit par conséquent publier un communiqué de presse rédigé plusieurs semaines auparavant par Laurence :
Laurence avait préparé quatre déclarations pour couvrir toutes les éventualités allant de la réussite de l'essai — celui qui fut utilisé — à la destruction des communautés voisines et l'évacuation des résidents. Plusieurs journaux locaux publièrent le même jour un article indiquant que« la détonation fut observée et ressentie dans une zone comprenantEl Paso,Silver City,Gallup, Socorro et Albuquerque»mais les publications importantes de lacôte Estignorèrent ces informations.
Le public apprit formellement la réalité de l'explosion peu après le bombardement d'Hiroshima par le biais durapport Smythpublié le12 août 1945. Rédigé par le physicienHenry DeWolf Smyth, ce document retraçait l'histoire du projet Manhattan et donnait des informations sur l'essai Trinity avec des photographies. Groves, Oppenheimer, des représentants du gouvernement et des journalistes se rendirent sur le site de l'essai enseptembre 1945en portant des surchaussures pour empêcher que leurs chaussures ne soient contaminées par les matières radioactives.
Les résultats de l'essai furent transmis ausecrétaire à la GuerreHenry L. Stimsonqui se trouvait à la conférence de Potsdam en Allemagne au moyen d'un message codé rédigé par son adjointGeorge L. Harrison:
Le président Truman et lesecrétaire d'ÉtatJames F. Byrnesfurent immédiatement informés de la réussite de l'essai dès l'arrivée du télégramme. Harrison envoya un second message le matin du18 juillet:
Comme la résidence d'été de Stimson de High Hold se trouvait àLong Islandet la ferme d'Harrison près d'Upperville enVirginie, cela signifiait que l'explosion avait été vue à une distance de 320 kilomètres et entendue jusqu'à 50 kilomètres, soit la distance entre ces lieux etWashington.
Lesdosimètresutilisés pour mesurer l'exposition à la radioactivité indiquèrent qu'aucun observateur de l'abri N-10,000 n'avait reçu plus de 0,1röntgenmais l'abri fut évacué avant l'arrivée du nuage radioactif. L'explosion fut plus efficace que prévu et le courant d'air ascendant fit que peu de particules radioactives retombèrent sur le site de l'essai. Le cratère fut en revanche bien plus radioactif qu'attendu en raison de la formation detrinititeet les équipages des deux chars blindés de plomb furent fortement exposés. Le dosimètre d'Anderson enregistra une dose de sept à dix röntgens tandis que l'un des conducteurs, qui réalisa trois voyages, reçut entre treize et quinze röntgens.
Les plus fortes retombées en dehors de la zone interdite furent enregistrées à une cinquantaine de kilomètres du lieu de l'essai à Chupadera Mesa. Les scientifiques notèrent desbrûlureset unechute de poilssur le dos du bétail exposé. L'Armée acheta 75 bêtes dont les dix-sept les plus marquées furent gardées à Los Alamos et le reste fut envoyé à Oak Ridge pour une observation sur le long terme.
À la différence de la centaine d'essais nucléaires qui furent menés par la suite dans leNevada, les doses reçues par les habitants de la région autour d'Alamogordo n'ont pas été enregistrées et n'ont pas pu être reconstituées en raison du manque de données. Enaoût 1945, peu après le bombardement d'Hiroshima, l'entrepriseKodaknota l'apparition detachessur lespelliculesqui étaient alors stockées dans des boîtes en carton. Un des employés, J. H. Webb, étudia la question et conclut qu'une explosion nucléaire avait eu lieu quelque part aux États-Unis ; il rejeta l'idée qu'il s'agissait d'une conséquence du bombardement au Japon car la contamination n'aurait pas pu rejoindre aussi vite les États-Unis. Il s'avéra que des retombées avaient contaminé l'eau utilisée par unepapeteriede l'Indianafabriquant le carton utilisé pour l'entreposage des pellicules. Conscient de l'importance de cette découverte, Webb garda le secret jusqu'en 1949. En conséquence, laCommission de l'énergie atomique des États-Unisfournit à l'industrie photographique des cartes et des prévisions des retombées pour lui permettre d'acquérir du matériel non contaminé et de prendre les mesures adéquates pour la protection des pellicules.
En 1953, la Commission de l'énergie atomique organisa un nettoyage du site de l'essai et une grande partie de la trinitite fut retirée et enterrée. Le site fut ouvert au public lors de visites organisées peu aprèset soixante-dix ans après l'essai, la radioactivité résiduelle est encore environ dix fois supérieure aurayonnement de fond. La dose reçue durant une visite d'une heure correspond ainsi à la moitié de la dose journalière moyenne d'un adulte américain et les visiteurs sont invités à ne pas ramasser les éventuels fragments de trinitite qu'ils trouveraient.
Le21 décembre 1965, le site Trinity, d'une superficie de20 800ha, a été déclaréNational Historic Landmarket il a été inscrit auregistre national des lieux historiquesle15 octobre 1966. Le site comprend le camp de base où vivaient les scientifiques, le lieu de l'explosion et la maison du ranch McDonald où le cœur nucléaire a été assemblé. L'un des anciens bunkers abritant des instruments est visible depuis la route à l'ouest du lieu de l'explosion. Dans les années 1950, il fut décidé de détruire Jumbo en utilisant huit bombes de 230 kilogrammes :  l'explosion ne fit qu'arracher les deux extrémités. Incapable à s'en débarrasser, l'Armée enterra cet encombrant objet de 180 tonnes, récupéré en 1979 et placé à côté du parking visiteur. Le Trinity monument, unobélisqueen roche volcanique de 3,7 mètres, marque depuis 1965 l'emplacement de l'hypocentrede l'explosion.
Une visite spéciale fut organisée pour commémorer le cinquantenaire de l'essai, le16 juillet 1995; un nombre record d'environ 5 400 personnes y participa contre la moitié habituellement. Le site reste une destination populaire dutourisme atomiquemême s'il n'est ouvert au public que deux fois par an : les premiers samedis d'avril et d'octobre.
« Originally published as Los Alamos Report LAMS-2532 »