30 октября 1961 года на полигоне «Сухой Нос» архипелага Новая Земля состоялось испытание термоядерной бомбы АН602. Взрыв стал самым мощным рукотворным взрывом в истории и получил названия «Царь-бомба» и «Кузькина мать». Вспышку заметили более чем за тысячу километров, в том числе в Норвегии, Гренландии и на Аляске, а ударная волна трижды обогнула Землю.
Изначально советские специалисты рассматривали вариант заряда мощностью 100 мегатонн, однако затем его решили уменьшить вдвое из-за угрозы сильного радиоактивного загрязнения. В итоге испытание провели с бомбой, рассчитанной на 50 мегатонн. По оценке американской стороны, мощность взрыва достигла 58 мегатонн, тогда как советские физики определили её в 51,5 мегатонны.
Основой для разработки стала двухступенчатая водородная бомба РДС-37, испытанная в ноябре 1955 года на Семипалатинском полигоне. Как рассказал АиФ Виктор Лукьянов, один из создателей и первый директор Музея ядерного оружия в Сарове, физик Юрий Трутнев после анализа результатов испытания предложил Игорю Курчатову и Юлию Харитону создать стомегатонный заряд. Конструкция допускала добавление «третьей ступени»: излучение от термоядерной реакции могло зажечь уран-238, что позволяло значительно наращивать мощность.
Американские специалисты также рассматривали проекты сверхмощных бомб, вплоть до тысячи мегатонн, но отказались от них из-за последствий радиоактивного загрязнения. Советский заряд сбросили с самолёта на высоте четырёх километров, поэтому воронка на месте взрыва не образовалась. Через 40 минут туда прибыл вертолёт с группой в защитных костюмах: специалисты зафиксировали излучение и оплавление скального грунта, однако гигантского пылевого облака не возникло.
Взрыв вызвал огромный огненный шар и облако, поднимавшееся примерно со скоростью один километр в секунду. Его высота достигла 67 километров, а разрушения наблюдались на значительном расстоянии: в посёлке Диксон, находившемся почти в 900 километрах от полигона, выбило стёкла. Радиоактивные осадки разнесло на отдельные территории, но масштабного заражения, которого опасались специалисты, не произошло.
Испытание повлияло и на переговоры о сокращении вооружений. После демонстрации возможностей АН602 США стали внимательнее относиться к советским предложениям об ограничении мощности и количества ядерных зарядов, а в 1963 году был подписан Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой. По словам Лукьянова, испытание должно было показать потенциальному противнику, что СССР способен создать заряд практически любой мощности, однако сама «Царь-бомба» на вооружение не поступила и осталась единичным изделием.