Les condensats de Bose-Einstein doivent leur nom à la prédiction de Bose et Einstein qui dit que dans un gaz d’atomes identiques et sans interaction à très basse température, une fraction importante du gaz doit s’accumuler dans l’état quantique d’énergie minimale. La recherche de systèmes expérimentaux proches du modèle d’Einstein a conduit à la première réalisation expérimentale de condensats de Bose-Einstein atomiques gazeux par une équipe américaine en 1995 (prix Nobel en 2001). Depuis, de nombreuses propriétés de ces systèmes sont étudiées expérimentalement et théoriquement (voir la page du groupe Atomes froids de l’ENS). Une des applications les plus prometteuses serait le laser à atomes.

L’approche numérique retenue consiste en le calcul des points critiques de l’énergie de Gross-Pitaevski. L’équation aux dérivées partielles correspondante est résolue en 3D par une méthode aux différences finies (schémas compacts à l’ordre 6). Les simulations 3D ont permis de valider des résultats théoriques sur les tourbillons quantiques et d’investiguer des domaines qui commencent a être explorés expérimentalement.

L’animation présente la structure 3D à l’équilibre d’un condensat avec un tourbillon géant (trou de densité au milieu) entouré par une couronne de tourbillons de quantification m=1 (plus de détails).

Références :
I. Danaila : Three-dimensional vortex structure of a fast rotating Bose-Einstein condensate with harmonic-plus-quartic confinement,
Phys. Rev A, 72, 013605 (2005).
L.-C. Crasovan, V. M. Pérez-García, I. Danaila, D. Mihalache and L. Torner : Three-dimensional parallel vortex rings in Bose-Einstein condensates,
Phys. Rev A, 70, 033605, 2004.
Aftalion A. & Danaila I. : Giant vortices in combined harmonic and quartic traps,
Phys. Rev A, 69, p. 033608 (2004) ;
Aftalion A. & Danaila I. : Three-dimensional vortex configurations in a rotating Bose Einstein condensate,
Phys. Rev A, 68, p. 023603 (2003)