26 января 1939 года на заседании Американского физического общества в Вашингтоне Бор доложил об огромных успехах, достигнутых европейскими учеными. Отто Ган и Фриц Штрассман установили, что при облучении урана нейтронами образуется барий. Не зная, как объяснить свое открытие, они, тем не менее, поняли, что встретились с новым явлением, и отметили, что оно находится «в противоречии со всем предшествующим опытом ядерной физики». Поэтому одновременно с отправкой сообщения в печать Ган послал полученные результаты Лизе Мейтнер, которая много лет работала в Берлине с Ганом, заведуя отделом ядерной физики. Но незадолго до открытия Гана Лиза Мейтнер как австрийская еврейка вынуждена была эмигрировать в Стокгольм. Письмо Гана она получила во время рождественских каникул, которые проводила в окрестностях Гетеборга со своим племянником, австрийским физиком Отто Фришем. Обсуждая сообщение Гана в течение нескольких дней, Мейтнер и Фриш поняли, что образование бария при облучении урана нейтронами указывает на деление ядра урана на два больших осколка. Но пока это была только гипотеза. Поэтому они наметили необходимые эксперименты, которые Фриш и провел сразу по возвращении в Копенгаген в Институте теоретической физики, где он длительное время (после эмиграции из Австрии) работал у Нильса Бора. Фриш, по существу, воспроизвел эксперименты Гана и Штрассмана и подтвердил правильность гипотезы о делении ядер урана, разработанной им совместно с Мейтнер. 11 февраля 1939 года в журнале «Natur» появилась их статья «Деление урана с помощью нейтронов: новый тип ядерной реакции». Данная работа, по мнению Альберта Эйнштейна, была решающим шагом на пути к высвобождению атомной энергии – даже более важным, чем открытие Гана.
Это сообщение вызвало такое волнение, что еще до окончания заседания некоторые присутствующие на нем ученые поспешили в лаборатории, чтобы экспериментально подтвердить деление ядер урана. Уже через несколько часов они убедились в правильности сообщения Бора. Узнав об этом, Ферми сразу указал, что в данной реакции должны также возникать нейтроны и выделяться огромное количество энергии. Так у него родилась идея цепной ядерной реакции деления урана.
Многие физики начали обсуждать возможность такой реакции. Если всякий раз, когда нейтрон расщепляет атом урана, испускались новые нейтроны, то они могли бы, сталкиваясь с другими атомами урана, порождать новые нейтроны и тем самым вызвать незатухающую цепную реакцию. Поскольку при каждом делении урана высвобождается большое количество энергии, такая реакция могла бы сопровождаться колоссальным ее выделением. Если бы удалось «взнуздать» эту силу, то уран стал бы взрывчатым веществом неслыханной мощи. С целью осуществить цепную реакцию Ферми приступил к планированию экспериментов, которые позволили бы определить, возможна ли такая реакция и управляема ли она.
На переговорах в Управлении военно-морского флота США в 1939 году Ферми впервые упомянул о возможности создания атомного оружия на основе цепной реакции с мощным выделением энергии. Он получил федеральное финансирование для продолжения своих исследований. В ходе работы Ферми и Сегре установили возможность использования в качестве «взрывчатки» для атомной бомбы тогда еще не открытого элемента – плутония. Хотя плутоний (Pu), имеющий порядковый номер 94, еще не был известен, оба ученых твердо знали: элемент с массовым числом 239 (239 Pu) должен расщепляться и может быть получен в урановом реакторе при захвате нейтрона ураном-238.
Не прошло и нескольких месяцев, как Ферми начал собирать вокруг себя группу сотрудников вместо тех, кого оставил в Риме. Наиболее преданными членами этого коллектива стали Андерсон, Маршалл, Вейль и Цинн. Некоторые из основных, наиболее важных экспериментов провели еще в Колумбийском университете совместно со Сциллардом. Цель работы была чисто технической: установление самоподдерживающейся цепной реакции и производство нового элемента – плутония. Ответственность возложили на Ферми, хотя он и обладал (с юридической точки зрения) статусом «иностранца – подданного враждебной державы».
