Испытанная 12 августа 1953 года бомба РДС-6с, при всем ее значении, не в полной мере удовлетворяла требованиям времени: была дорогой в производстве, ее мощность не могла увеличиваться без ограничений, заряд имел ограниченный срок годности (около полугода). Поэтому в продолжение двух прежних вариантов бомбы («труба» и «слойка») стал разрабатываться третий, основанный на теории «атомного обжатия» (АО) или на «третьей идее». Родилась эта идея в теоретическом отделе КБ-11 Я. Б. Зельдовича и была результатом коллективного творчества ученых. А. Д. Сахаров так вспоминал об этом драматическом периоде: «Юлий Борисович Харитон, доверяя теоретикам и уверовав сам в новое направление, принял на себя большую ответственность, санкционировав переориентацию работы объекта и ведущихся по его заданию расчетных работ в Москве… На нашу сторону решительно встал Курчатов»[710].
Научному руководителю атомного проекта это стоило больших сил и здоровья. Руководитель Министерства среднего машиностроения В. А. Малышев, получивший после смещения Берии всю полноту власти в атомном проекте, выступил категорическим противником работ по «третьей идее», так как это противоречило принятым ранее решениям правительства. Специально прибыв в Арзамас-16, он стремился убедить Курчатова, Харитона, Сахарова и Зельдовича сконцентрироваться на «слойке» и с новой идеей не рисковать. На нескольких бурных совещаниях и в личных беседах он так и не смог заставить их изменить решение. В итоге Малышев добился лишь того, как пишет Сахаров, что «Курчатову за антигосударственное поведение (не знаю точной формулировки) был вынесен строгий партийный выговор (снятый только через год, после отставки Малышева и удачного испытания „третьей идеи“)»[711]. Такое суровое по советским временам наказание Курчатова — уже тогда трижды Героя Социалистического Труда и авторитетнейшего лидера атомного проекта — не могло не усугубить состояние его здоровья, и без того подорванного многолетним напряженным трудом. Некоторые авторы утверждают, что в конце мая 1956 года в возрасте пятидесяти трех лет Курчатов именно по этой причине перенес первый инсульт.
Сахаров прямо пишет о своей исключительной роли в создании водородной бомбы: «Я уже на ранней стадии понимал основные физические и математические аспекты „третьей идеи“. В силу этого, а также благодаря моему ранее приобретенному авторитету моя роль в принятии и осуществлении „третьей идеи“, возможно, была одной из решающих»[712]. Курчатов на роль «отца водородной бомбы» никогда не претендовал. По мнению сотрудников КБ-11, Курчатов и Харитон, исходя из деловых качеств ученых и их личных склонностей, сформировали коллектив разработчиков водородной бомбы нового типа. Руководителями работ были определены Е. И. Забабахин, Я. Б. Зельдович, Ю. А. Романов, А. Д. Сахаров и Д. А. Франк-Каменецкий[713].
К началу лета 1955 года расчетно-теоретические работы были завершены и по ним представлен отчет. Изготовление экспериментального заряда завершилось только к осени, так как требования к производству изделия предъявлялись более высокие, чем к РДС-6с. Испытания были назначены на 20 ноября 1955 года под руководством Курчатова. Бомбу планировали сбрасывать с бомбардировщика Ту-16 с подрывом в воздухе, чтобы уменьшить выпадение радиоактивных осадков. Из-за погодных условий Курчатов отложил испытание, отдав об этом приказ, когда самолет с бомбой уже был в воздухе.
Испытание 22 ноября 1955 года прошло успешно. Бомба была сконструирована на эквивалент в три мегатонны (Мт), но перед испытанием в целях безопасности самолета и находящегося в 70 километрах жилого городка часть термоядерного горючего заменили на инертное вещество, чтобы снизить мощность до 1,6 мегатонны. Достижение колоссальной взрывной мощности не являлось основной целью. Главное состояло в том, что в СССР была решена труднейшая и чрезвычайно актуальная задача создания транспортабельного термоядерного оружия с высокими боевыми характеристиками. Испытания имели огромное политическое значение. Через четыре дня, 26 ноября, Н. С. Хрущев во время визита в Индию объявил всему миру: «Нашим ученым и инженерам удалось при сравнительно небольшом количестве используемых ядерных материалов получить взрыв, сила которого равна взрыву нескольких миллионов тонн обычной взрывчатки»[714].