Сахаров придумал оригинальную установку, в которой сверхсильное магнитное поле получалось за счет сжатия магнитного потока сходящейся взрывной волной.
В июле 1953 г. Сахаров защитил докторскую диссертацию В августе того же года на Семипалатинском полигоне была взорвана первая в мире водородная бомба. Особая роль Сахарова в этом важном успехе была оценена по заслугам: в декабре ему было присвоено звание Героя Социалистического Труда.
Вскоре он был избран сразу действительным членом Академии наук, минуя ступень члена-корреспондента, и получил Сталинскую премию в 500 тысяч рублей — совершенно фантастическую по тем временам сумму. Поток материальных благ, пролившийся на него в это время (в виде квартиры, персональной машины, академической дачи, премий и пр.), не иссякал и последующие годы. В 1956 г. после успешного испытания модифицированной водородной бомбы, сброшенной с самолета, Сахаров получил вторую звезду Героя Социалистического труда и крупную Ленинскую премию. (Третью звезду Героя Социалистического Труда ему дали в 1962 г. после испытания на Новой Земле сверхмощной водородной бомбы.) Работая на «объекте», Сахаров не оставлял и теоретической физики. В 1967 г. он выпустил несколько глубоких статей, посвященных фундаментальным проблемам космологии. В одной из них содержался оригинальный подход к проблеме гравитации, которая трактовалась Сахаровым как метрическая упругость пространства. (По определению Эйнштейна, гравитация есть искривление пространства, вызванное присутствием материи (то есть реальных частиц и полей). Сахаров полагал такое определение частным случаем и считал гравитацию свойством самого пространства, которое таким образом как бы «сопротивляется» своему «изгибанию», подобно тому, как обычная упругость тел возникает в результате изменения энергии межмолекулярных связей при деформации.) Другая фундаментальная работа Сахарова была посвящена происхождению барионной (барионы — собирательное название протонов и нейтронов) асимметрии Вселенной. (Здесь Сахаров попытался разрешить одну из важнейших проблем современной космологии — объяснить процессы, происходившие во время так называемого Большого Взрыва, послужившего отправной точкой и началом существования Вселенной. Одна из проблем этой теории — взаимоотношение вещества и антивещества. Суть ее в том, что в момент рождения Вселенной количество частиц и античастиц должно было быть одинаковым, в связи с чем уже в первые мгновения они должны были аннигилировать (взаимно уничтожиться). Однако этого не произошло. Пытаясь объяснить этот феномен, Сахаров построил свою теорию, объясняющую, почему в начальные мгновения Большого Взрыва вещества было значительно больше, чем антивещества (в чем как раз и состоит асимметрия). Однако для этого ему пришлось предположить нестабильность протона. Для конца 60-х гг. это было очень смелое утверждение, поэтому теория Сахарова поначалу не получила признания. Но позже, когда нестабильность протона была доказана экспериментально, теория барионной асимметрии Сахарова приобрела большую известность.) В 60-х гг. научные интересы отступают у Сахарова на второй план. Это было связано с тем, что в 1953–1968 гг. его общественно-политические взгляды претерпели сложную эволюцию. После XX съезда, осудившего культ личности Сталина, он стал все более и более задумываться о проблемах мира и человечества, в особенности о проблемах ядерной войны и ее последствий. По словам Сахарова, участие в разработке термоядерного оружия и его испытаниях «сопровождалось все более острым осознанием порожденных этим моральных проблем». Начиная с 1957 г. он все настойчивее выступает против проведения ядерных испытаний, которые вели к быстрому радиоактивному заражению Земли. Эти усилия не остались тщетны. Позже он очень гордился тем, что сыграл в 1962 г. существенную роль при подготовке международного соглашения о запрещении ядерных испытаний в трех средах. К этому времени уже несколько лет между державами, владевшими ядерным оружием, шли переговоры о запрещении его испытаний. Но все упиралось в трудности контроля за подземными взрывами. Однако радиоактивное заражение возникает лишь при взрывах в атмосфере, космосе и океане. В 1962 г. Сахаров убедил министра атомной промышленности СССР ограничить соглашение об испытаниях этими тремя средами. В 1963 г. был заключен Московский договор, в котором эта идея была реализована.
