Julius Robert Oppenheimer
Proyek Manhattan > Los Alamos

Artikel utama: Laboratorium Los Alamos
Pada tanggal 9 Oktober 1941, dua bulan sebelum Amerika Serikat memasuki kancah Perang Dunia II, Presiden Franklin D. Roosevelt menyetujui program kilat untuk mengembangkan bom atom.  Pada bulan Mei 1942, Ketua Komite Riset Pertahanan Nasional, James B. Conant, yang merupakan dosen Oppenheimer saat berkuliah di Harvard, mengajak Oppenheimer untuk mengambil alih pengerjaan kalkulasi neutron cepat, tugas yang dilakukan Oppenheimer dengan penuh semangat. Ia diberi julukan "Koordinator Ruptur Cepat", yang secara spesifik mengacu pada perambatan reaksi berantai neutron cepat pada bom atom. Salah satu tindakan pertamanya adalah menjadi penyelenggara program musim panas yang membahas teori bom di kantornya di Berkeley. Campuran fisikawan Eropa dan murid-muridnya sendiri, yang anggotanya antara lain Robert Serber, Emil Konopinski, Felix Bloch, Hans Bethe dan Edward Teller, mencoba menyibukkan diri dengan mengkalkulasi apa yang perlu dilakukan dan bagaimana prosedur pembuatan bom.
Pada bulan Juni 1942, Angkatan Darat Amerika Serikat membangun Manhattan Engineer District sebagai bentuk keterlibatan dalam proyek bom atom, yang menandai dimulainya proses pengalihan tanggung jawab proyek dari Kantor Pengembangan dan Riset Ilmiah kepada militer. Pada bulan September, Leslie Groves ditunjuk menjadi kepala proyek yang kemudian dikenal sebagai Proyek Manhattan. Ia memilih Oppenheimer untuk mengepalai laboratorium senjata rahasia proyek tersebut. Pilihan ini mengejutkan banyak pihak, sebab Oppenheimer memiliki pandangan politik sayap kiri dan tercatat tidak pernah mengepalai proyek besar. Groves mengkhawatirkan fakta bahwa Oppenheimer tidak pernah memenangkan Penghargaan Nobel dan dikhawatirkan tidak memiliki wibawa untuk mengarahkan rekan-rekannya sesama ilmuwan.
Groves terkesan dengan pemahaman luar biasa Oppenheimer mengenai aspek praktis dalam merancang dan membuat bom atom serta luasnya pengetahuannya. Sebagai seorang rekayasawan militer, Groves sadar bahwa pengetahuan tersebut akan sangat berguna dalam proyek interdisipliner yang tidak hanya membutuhkan fisika, tetapi juga kimia, metalurgi, persenjataan, dan perekayasaan. Groves juga menemukan sesuatu pada diri Oppenheimer yang tidak dimiliki oleh orang lain, yakni "ambisi berlebihan" yang akan mendorong kesuksesan proyek tersebut. Isidor Rabi menganggap penunjukan Oppenheimer sebagai "kegeniusan nyata yang ditunjukkan Jenderal Groves, yang biasanya tidak dianggap genius."
Oppenheimer dan Groves memutuskan bahwa demi alasan keamanan dan kerahasiaan, mereka memerlukan laboratorium penelitian rahasia yang terpusat di lokasi terpencil. Dalam upaya mereka mencari lokasi pada akhir 1942, terpikir olehnya New Mexico, tidak jauh dari peternakannya. Pada tanggal 16 November 1942, Oppenheimer, Groves, dan ilmuwan lainnya mengunjungi lokasi tersebut. Oppenheimer mencemaskan tebing tinggi yang mengelilingi lokasi lab akan memunculkan klaustrofobia, dan ada kekhawatiran mengenai kemungkinan banjir. Ia kemudian menyarankan sebuah lokasi yang dikenalnya dengan baik: sebuah mesa datar dekat Santa Fe, New Mexico, yang menjadi lokasi dari sekolah swasta Los Alamos Ranch School. Para teknisi khawatir mengenai akses jalan ke lokasi yang buruk dan kurangnya pasokan air, tetapi menganggap lokasi tersebut adalah yang paling ideal. Laboratorium Los Alamos kemudian dibangun di lokasi bekas sekolah, mengambil alih sebagian gedungnya, dan banyak gedung baru yang dibangun dengan tergesa-gesa. Di laboratorium, Oppenheimer mengumpulkan sekelompok fisikawan tersohor pada masa itu, yang disebutnya "para tokoh".
Los Alamos awalnya dimaksudkan menjadi laboratorium militer, dan Oppenheimer beserta peneliti lainnya akan dijadikan sebagai tentara. Oppenheimer melangkah lebih jauh dengan memesan sendiri seragam letnan kolonel dan mengikuti tes fisik Angkatan Darat, yang gagal ia lakukan. Dokter militer menganggapnya terlalu kurus dengan berat 128 pon (58 kg), mendiagnosis batuk kronisnya sebagai gejala tuberkulosis, dan mengkhawatirkan nyeri sendi lumbosakral kronis yang dideritanya. Rencana untuk merekrut para ilmuwan gagal ketika Rabi dan Robert Bacher menolak keras gagasan memiliterisasi ilmuwan tersebut. Conant, Groves, dan Oppenheimer berunding dan diputuskan bahwa laboratorium dioperasikan oleh Universitas California melalui kontrak dengan Departemen Perang.
Oppenheimer segera menyadari bahwa proyek ini bukanlah proyek remeh: Los Alamos berkembang dari yang awalnya hanya berpenghuni beberapa ratus orang pada tahun 1943 menjadi lebih dari 6.000 orang pada tahun 1945. Pada awalnya, Oppenheimer mengalami kesulitan dalam membagi tugas di kelompok besar, tetapi ia dengan cepat mempelajari tata administrasi berskala besar setelah ia menetap secara permanen di Los Alamos. Ia dikenal karena penguasaannya atas semua aspek ilmiah proyek tersebut dan atas upayanya dalam mengendalikan konflik budaya yang tak terhindarkan antara para ilmuwan dan militer. Ia adalah sosok ikonik bagi rekan-rekan ilmuwannya, sekaligus simbol dari apa yang sedang mereka kerjakan. Victor Weisskopf mengungkapkan:
Oppenheimer mengarahkan penelitian ini, secara teoretis dan eksperimental dalam arti sebenarnya. Di sini kecepatannya yang luar biasa dalam memahami poin utama dari tiap subjek merupakan faktor yang menentukan. Ia bisa mengukur kemampuannya sendiri melalui detail penting dari setiap pekerjaan.
Ia tidak mengarahkan dari kantor pusat. Dia hadir secara intelektual dan fisik pada setiap langkah yang menentukan. Dia hadir di laboratorium atau di ruang seminar, saat efek baru sedang diukur, saat gagasan baru sedang diuji. Bukan karena dia turut menyumbangkan begitu banyak gagasan atau saran. Ia hanya melakukannya kadang-kadang, tetapi pengaruh utamanya datang dalam hal lain. Pengaruh tersebut dalam bentuk kehadirannya yang terus menerus dan intens, yang menumbuhkan rasa keikutsertaan langsung dalam diri kami semua. Hal itu menumbuhkan suasana antusiasme dan tantangan yang melingkupi tempat tersebut sepanjang waktu.
Pada saat itu, timbul kekhawatiran yang cukup besar di kalangan para ilmuwan bahwa Jerman mungkin saja telah membuat kemajuan yang lebih cepat dalam pengembangan senjata atom. Dalam sebuah surat tanggal 25 Mei 1943, Oppenheimer menanggapi rencana Fermi agar menggunakan bahan radioaktif untuk meracuni pasokan makanan tentara Jerman. Oppenheimer bertanya kepada Fermi apakah ia bisa memproduksi cukup banyak stronsium tanpa berisiko membocorkan rahasia. Oppenheimer menambahkan, "Saya pikir kita tidak boleh mencoba suatu rencana kecuali kita yakin dapat meracuni makanan yang cukup untuk membunuh setengah juta orang."
Pada tahun 1943, upaya pengembangan mengarah pada senjata fisi jenis bedil plutonium yang dinamai "Thin Man". Riset awal mengenai sifat-sifat plutonium dilakukan dengan menggunakan plutonium-239 yang dihasilkan dari siklotron, sangat murni tetapi hanya dapat dibuat dalam jumlah kecil. Ketika Los Alamos menerima sampel plutonium pertama dari Reaktor Grafit X-10 pada bulan April 1944, sebuah masalah ditemukan: plutonium hasil pembiakan reaktor memiliki konsentrasi plutonium-240 yang lebih tinggi sehingga tidak cocok digunakan untuk senjata jenis bedil.
Pada bulan Juli 1944, Oppenheimer mengabaikan desain bedil dan memilih desain senjata berjenis peledak. Dengan memanfaatkan lensa ledak kimia, bola subkritikal material fisi dapat diperas menjadi bentuk yang lebih kecil dan lebih padat. Logam hanya perlu menempuh jarak yang sangat pendek sehingga massa kritis akan terkumpul dalam waktu yang jauh lebih singkat. Pada bulan Agustus 1944, Oppenheimer menerapkan reorganisasi besar-besaran di Laboratorium Los Alamos dalam rangka berfokus pada peledak. Ia memusatkan upaya pengembangan pada perangkat jenis bedil, desain sederhana yang hanya berfungsi dengan uranium-235. Perangkat ini dinamai Little Boy pada bulan Februari 1945. Setelah upaya riset besar-besaran, desain perangkat peledak yang lebih kompleks bernama "gawai Christy", yang dinamai menurut Robert Christy, salah seorang murid Oppenheimer, berhasil diselesaikan dalam sebuah pertemuan di kantor Oppenheimer pada tanggal 28 Februari 1945.
Pada bulan Mei 1945, Komite Interim dibentuk untuk memberikan saran dan melaporkan kebijakan masa perang dan pascaperang terkait penggunaan energi nuklir. Komite Interim menggelar diskusi panel ilmiah yang diikuti oleh Oppenheimer, Arthur Compton, Fermi, dan Lawrence untuk memberikan saran mengenai permasalahan sains. Dalam presentasinya kepada Komite Interim, para panelis memberikan pendapatnya, tidak hanya mengenai kemungkinan dampak fisik bom atom, tetapi juga kemungkinan dampak militer dan politiknya. Permasalahan ini juga meliputi pendapat mengenai isu-isu sensitif seperti apakah Uni Soviet harus diberi tahu tentang senjata tersebut sebelum digunakan untuk melawan Jepang.