¿Por qué los escarabajos verdes son verdes?

Dibujo20130327 Photographs three beetles - TEM cross-sections multilayers responsible for these colors

Los escarabajos verdes deben su color a la estructura multicapa (superred óptica) de sus élitros (alas externas endurecidas). Están formados por capas alternas de diferente índice de refracción (1,55 y 1,68) con un grosor cada una de unos 0,09 μm. La estructura multicapa da lugar a la aparición de bandas prohibidas (bandgaps) en las que toda la luz se refleja (R=1), o ninguna se transmite (T=0); una de estas bandas está en el intervalo de longitudes de onda entre 567 nm y 597 nm, siendo la responsable del bello tono verde que les caracteriza. Para analizar la reflexión y transmisión de la luz en una estructura multicapa de N capas, se calculan para una celda unidad y se utiliza una relación de recurrencia que obtiene el resultado para N capas a partir del resultado de N-1 capas. Para la celda unidad hay que tener en cuenta la reflexión total interna que conduce a múltiples reflexiones de la luz antes de escapar de la superred. Los cálculos son sencillos (de hecho, yo he publicado cálculos similares, pero cuánticos, para superredes fractales). Los interesados en los detalles disfrutarán con Ariel Amir, Peter Vukusic, “Elucidating the stop bands of structurally colored systems through recursion,” Am. J. Phys. 81: 253-257 (2013). Por cierto, los escarabajos verdes que aparecen en la fotografía son (a) Torynorhina flammea chicheryi, (b) Chrysochroa raja, y (c) Gastrophysa viridula. Debajo aparece la estructura de sus élitros observada mediante imágenes TEM (microscopio electrónico de transmisión).

Dibujo20130327 periodic optical structure - unit cell - reflection and transmission coefficients

Repito, el cálculo es sencillo y se puede incorporar en cualquier primer curso de óptica. Arriba tenéis los coeficientes de reflexión y transmisión de la celda unidad. La relación de recurrencia aparece abajo (se asume que se tienen N-1 celdas unidad y se estudia que pasa cuando se añade una nueva).

Dibujo20130327 periodic optical structure - recurrence relation

Dibujo20130327 periodic optical structure - bandgap formula

El resultado no es muy complicado (aunque tenga productos de senos y cosenos). Por supuesto, para determinar la banda prohibida a la transmisión es necesario un cálculo numérico. La figura muestra el coeficiente de reflexión (R). En esta banda el 100% de la luz incidente se refleja).

La próxima vez que veas un escarabajo verde, piensa en la belleza de la óptica física que da lugar al color de sus élitros. La física te rodea por doquier, disfrútala.

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7 pensamientos en “¿Por qué los escarabajos verdes son verdes?

    • Jane, lo he comentado en Twitter: “BaBar (2007) y Belle (2008) ya observaron una señal de una hadrón exótico [que llamaron] G(3900) con una masa similar. Quizás BES III ha confirmado dicha señal con su nuevo hadrón [al que han llamado] Zc(3900). De todas formas yo sería un poco excéptico. La fuente original de la noticia [BES III] es http://english.ihep.cas.cn/prs/ns/201303/t20130326_100230.html . El artículo técnico es http://xxx.lanl.gov/abs/1303.5949 [El artículo indica que] la señal es de 8 sigmas ([pero] habrá que esperar confirmación independiente).”

      Hay varias señales que apuntan a hadrones exóticos en varios experimentos, pero de forma oficial aún no se ha confirmado la existencia de ninguno y en varias ocasiones sañales muy claras han resultado ser espurias.

  1. Aclarada la razón física, sería interesante saber si existe alguna explicación biológica, en cuanto a ventaja evolutiva, para ese precioso color verde. ¿Mimetismo, en el sentido de camuflarse con las hojas de la vegetación del entorno, quizás? Y no deja de asaltar la duda del porqué resulta tan fascinante esa coloración. El mundo es pródigo en cosas curiosas, voto al chápiro.

    • Hola. Aquí hay una entrada estupenda (mejorando lo presente) de entomoblog:
      Sacándoles los colores a los escarabajos http://entomoblog.net/Sacandoles-los-colores-a-los-escarabajos.html
      En el apartado “Funciones de la iridiscencia” explica la razón de esas coloraciones.
      Para explicar por qué nos resultan tan fascinantes creo que habría que irse a la psicología evolucionista, aunque ahora mismo no sabría decirte la causa de que nos gusten las iridiscencias.

      • Muchas gracias, Daniel, no la conocía, pero como es de esperar viniendo de Entomoblog, se trata de una gran entrada y muy instructiva.

  2. Lo curioso es que no solo hay verdes, también dorados, plateados, rojos, azules… los coleccionistas llegan apagar cientos de euros por esos ejemplares, los llaman escarabajos gema. Imagino que todos deben usar el mismo sistema para tener esos colores.

    • Aitor, basta cambiar los índices de refracción, o el grosor de las capas, o usar capas de grosor variable, para mover la posición de la banda prohibida (o de reflexión total) dentro del espectro visible.

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