Utilizzando tecniche di caratterizzazione dei neutroni, un team di scienziati ha sbirciato all'interno di uno degli esempi più singolari di filo d'oro, comprendere per la prima volta la struttura del campione e il possibile processo di formazione. Il 263 grammo, Esemplare alto 12 centimetri, conosciuto come il Corno d'Ariete, appartiene alla collezione del Mineralogical and Geological Museum Harvard University (MGMH).

"Non si sa quasi nient'altro che l'esistenza dell'esemplare sull'oro del filo, " ha detto Sven Vogel, un fisico del centro scientifico sui neutroni del Los Alamos National Laboratory, LANSCE, un acceleratore di particelle lungo mezzo miglio che fornisce protoni e neutroni ad alta e bassa energia per un'ampia varietà di ricerche scientifiche.

Trovato nel 1887 presso la Ground Hog Mine a Red Cliff, Colorado, misteriosamente a forma di un fascio di fili intrecciati al posto della più riconoscibile pepita d'oro, il Corno d'Ariete ha sconcertato i mineralogisti sin dalla sua scoperta. L'ignoto:qual è la sua struttura fondamentale e come si è formata?

"Alcuni metalli nativi, un metallo o una lega metallica presente in natura può presentarsi in quella che viene chiamata morfologia del filo, " disse John Rakovan, Professore di Mineralogia alla Miami University in Ohio. "Molto più comune in argento, la morfologia del filo si vede raramente nei campioni d'oro e questo esemplare è senza dubbio il miglior esempio conosciuto."

A causa della sua rarità e del relativo valore monetario non è possibile tagliare o rompere l'esemplare, e a causa della sua densità, i raggi X a bassa energia e altri strumenti diagnostici possono interrogare solo le superfici esterne, quindi non sono mai stati pubblicati studi scientifici sulla natura interna di questo esemplare, fino ad ora.

I risultati della ricerca suggeriscono che il filo d'oro è molto diverso dal filo d'argento. "Il filo d'argento è un aggregato policristallino simile a un mosaico con molte centinaia o migliaia di cristalli in un singolo filo, " disse Rakovan. "L'oro sembra essere composto solo da pochi cristalli singoli. Per di più, abbiamo scoperto che questi campioni non sono oro puro, ma piuttosto leghe oro-argento con fino al 30 percento di argento che sostituisce l'oro nella struttura atomica."

"Sapevamo che in superficie questo campione d'oro era circa il 70% di oro, ma nessuno sapeva se fosse così solo in superficie, " disse Vogel. "Usando la nostra sorgente di neutroni, che normalmente usiamo per studiare materiali come le leghe di uranio o combustibili nucleari, potremmo verificare che questo campione è omogeneo, il che significa che l'intero campione è questo mix 70-30 di oro e argento."

In uno studio separato, Rakovan e colleghi hanno recentemente scoperto che la crescita del filo d'argento porta a un inaspettato arricchimento isotopico. Il team di Los Alamos sta utilizzando i dati della spettroscopia di neutroni per valutare se l'arricchimento isotopico si verifica anche in queste leghe oro-argento. Un'altra sorpresa è stata l'uniformità della miscela oro/argento. "Poiché la lega è altamente omogenea, sembrerebbe che l'argento si leghi all'oro nella struttura cristallina a livello atomistico, ", ha detto Rakovan.

I risultati di questo studio avranno implicazioni per i geologi che stanno cercando di comprendere i processi geochimici che sono in gioco nella formazione dei giacimenti d'oro, e per scienziati e ingegneri dei materiali che possono utilizzare le proprietà uniche di questi materiali in applicazioni tecnologiche.

Le capacità uniche della struttura LANSCE possono essere utilizzate per studiare gli interni di campioni di valore come questo filo d'oro senza doverli aprire per l'analisi. Utilizzando le tecniche dei neutroni presso LANSCE, gli scienziati possono "guardare" all'interno di questi grandi campioni d'oro, in modo non distruttivo, e conoscere la loro consistenza, struttura atomica, e la chimica degli elementi e degli isotopi.

Il campione sarà il fulcro di una nuova mostra all'Harvard Museum of Natural History nella primavera del 2020. "The Rare and Beautiful, " evidenziare gli aspetti che rendono prezioso un oggetto, e come l'apprezzamento dell'umanità per la bellezza, rarità, l'unicità e la cultura hanno plasmato quei valori. Il filo d'oro non è solo il miglior esemplare d'oro del mondo, ma rappresenta anche circostanze uniche di formazione che rivelano il suo processo di formazione e, in definitiva, la storia della Terra. La mostra è una rara opportunità per il pubblico di vedere questo esemplare d'oro, normalmente tenuto in un caveau di una banca nascosto alla vista.

"Il Museo Mineralogico e Geologico di Harvard è uno dei musei minerari più antichi e ininterrottamente operativi negli Stati Uniti, " ha detto Raquel Alonso-Perez, curatore presso MGMH. "A causa del forte dipartimento di chimica di Harvard, l'Università iniziò a raccogliere minerali a partire dal 1850 per comprendere meglio la loro struttura cristallina da un punto di vista chimico." L'esemplare di filo d'oro fu lasciato in eredità ad Harvard nel 1947 come parte della Collezione A.C. Burrage.

"Queste collaborazioni accademiche spingono davvero la busta per noi, " ha detto Vogel. "Di solito usiamo l'acceleratore LANSCE per caratterizzare materiali che sono rilevanti per la missione di Los Alamos, ma a volte arriviamo ad applicarlo a campioni geologici come questo famosissimo esemplare d'oro. È una vittoria per il Laboratorio e le università".