Med hjälp av neutronkarakteriseringstekniker har ett team av forskare tittat in i ett av de mest unika exemplen på trådguld, för första gången förstå provets struktur och möjliga bildningsprocess. De 263 gram, 12 centimeter högt exemplar, känd som Rams horn, tillhör samlingen av Mineralogical and Geological Museum Harvard University (MGMH).

"Nästan ingenting annat än exemplarets existens är känt om trådguld, sa Sven Vogel, en fysiker vid Los Alamos National Laboratorys neutronvetenskapscenter, LANSCE, en halv mil lång partikelaccelerator som ger hög- och lågenergiprotoner och neutroner för en mängd olika vetenskaplig forskning.

Hittades 1887 vid Ground Hog Mine i Red Cliff, Colorado, mystiskt formad som ett tvinnat gäng trådar istället för den mer igenkännliga guldklimpen, Ramshornet har förbryllat mineraloger sedan upptäckten. Det okända:vad är dess grundläggande struktur och hur bildades det?

"Vissa inhemska metaller, en metall eller metallegering som finns i naturen kan förekomma i vad som kallas trådmorfologi, " sa John Rakovan, Professor i mineralogi vid Miami University i Ohio. "Mycket vanligare i silver, trådmorfologin ses sällan i guldprover och detta exemplar är utan tvekan det finaste kända exemplet."

På grund av dess sällsynthet och tillhörande penningvärde är det inte möjligt att skära i eller bryta upp exemplaret, och på grund av dess densitet kan lågenergiröntgenstrålar och annan diagnostik endast förhöra yttre ytor, så inga vetenskapliga studier har någonsin publicerats om det här exemplarets interna natur, tills nu.

Forskningsresultaten tyder på att trådguldet skiljer sig mycket från trådsilver. "Trådsilver är ett mosaikliknande polykristallint aggregat med många hundra till tusentals kristaller i en enda tråd, " sade Rakovan. "Guldet verkar bestå av bara några enstaka kristaller. Vidare, vi upptäckte att dessa prover inte är rent guld, utan snarare guld-silverlegeringar med så mycket som 30 procent silver som ersätter guld i atomstrukturen."

"Vi visste att det här guldprovet på ytan var cirka 70 procent guld men ingen visste om det bara var fallet på ytan, " sa Vogel. "Med vår neutronkälla, som vi normalt använder för att studera material som uranlegeringar eller kärnbränslen, vi kan verifiera att detta prov är homogent, vilket betyder att hela provet är denna 70-30 blandning av guld till silver."

I en separat studie, Rakovan och kollegor upptäckte nyligen att tillväxten av trådsilver leder till en oväntad isotopberikning. Los Alamos-teamet använder neutronspektroskopidata för att utvärdera om isotopanrikning också förekommer i dessa guld-silverlegeringar. En annan överraskning var enhetligheten hos guld/silverblandningen. "Eftersom legeringen är mycket homogen, det verkar som att silvret binder till guldet i den kristallina strukturen på atomistisk nivå, sa Rakovan.

Resultaten av denna studie kommer att få konsekvenser för geovetare som försöker förstå de geokemiska processer som är på gång i bildandet av guldfyndigheter, och för materialvetare och ingenjörer som kan använda de unika egenskaperna hos dessa material i tekniska tillämpningar.

LANSCE-anläggningens unika möjligheter kan användas för att studera interiören av värdefulla exemplar som denna guldtråd utan att behöva öppna dem för analys. Genom att använda neutrontekniker hos LANSCE kan forskare "titta" in i dessa stora guldexemplar, oförstörande, och lär dig om deras konsistens, atomstruktur, och element- och isotopkemi.

Provet kommer att vara mittpunkten i en ny utställning på Harvard Museum of Natural History våren 2020. "The Rare and Beautiful, "belysa de aspekter som gör ett objekt värdefullt, och hur mänsklighetens uppskattning för skönhet, sällsynthet, unikhet och kultur har format dessa värderingar. Guldtråden är inte bara världens finaste guldexemplar, men den representerar också unika bildningsförhållanden som avslöjar dess formningsprocess och i slutändan jordens historia. Utställningen är ett sällsynt tillfälle för allmänheten att se detta guldexemplar, normalt förvaras i ett bankvalv utom synhåll.

"The Mineralogical and Geological Museum vid Harvard är ett av de äldsta och kontinuerligt verksamma mineralmuseerna i USA, sa Raquel Alonso-Perez, curator på MGMH. "På grund av Harvards starka kemiavdelning, universitetet började samla in mineraler från och med 1850-talet för att bättre förstå deras kristallina struktur ur kemisk synvinkel." Guldtrådsexemplaret testamenterades till Harvard 1947 som en del av A. C. Burrage Collection.

"Dessa akademiska samarbeten pressar verkligen höljet för oss, ", sa Vogel. "Vi använder vanligtvis LANSCE-acceleratorn för att karakterisera material som är relevanta för Los Alamos-uppdraget, men vi får ibland tillämpa det på geologiska prover som detta mycket berömda guldexemplar. Det är en win-win för laboratoriet och universiteten."