夫斯把物理学家J.罗伯特·奥本海默(J.RobertOppenheimer)任命为科学主管，请他负责成立秘密实验室，主持原子弹
制造工作。奥本海默把实验室地点定在新墨西哥州偏僻小村洛斯阿拉莫斯(LosAlamos)。他曾经感慨道：“
这辈子对物理学和新墨西哥州情有独钟，但可惜是这两者
直都没有交集。”现在，他终于如愿以偿。与此同时，格罗夫斯主持
另外两座秘密设施修建工作：其中座占地44英亩，位于田纳西州橡树岭，目是为原子弹生产浓缩铀；而另座则占地规模更为庞大，长度16英里、宽度12英里，位于华盛顿州汉福德镇(Hanford)，是世界上第座全尺度(full-scale)钚生产堆所在地。
“曼哈顿计划”每位参与者都很清楚，这是场与时间比拼赛跑。史汀生写道：
1938年，德国完成人类历史上首次核裂变实验，而情报则指出，德国人直都在进行相关实验。情报部门认为，1941—1942年期间，德国人在原子弹研发领域仍然处于领先位置，所以们必须后来居上，不能让德国成为第个在战场上使用核武器国家。此外，如果美国能够成为第个研发出核武器国家，那就相当于获得件全新神兵利器，既可以缩短战争时间，又可以减小战争造成破坏。
1943年8月，罗斯福和丘吉尔在出席第次魁北克会议时达成致，同意两国分享在原子弹研发领域取得成果，还决定把原子弹研发及生产设施全都集中到美国（即所谓“合金管”备忘录）。1943年12月4日，《纽约时报》刊载篇文章加剧英美两国领导人对德国有可能在核武器领域取得突破担忧。文章引用纳粹高官讲话，指出纳粹德国“准备采用击致命极端手段”以报复盟军空袭。此外，那个纳粹高官还放下狠话，宣称“人类科技突飞猛进，只用件武器就可以炸毁半个地球时刻已经指日可待”。实际上，德国核武器制造计划（代号为“铀工程”）直都缺乏有效内部协作，还受制于铀矿短缺。到1945年德国即将战败时，计划进展与目标仍然相去甚远。
相比之下，“曼哈顿计划”进展十分顺利。到1945年春，用核试验来验证原子弹可行性时刻已经近在眼前。史汀生写道：“链式裂变反应本质如此。要验证们是否成功地制造出原子弹，就必须进行全尺度核试爆。
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