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Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
PEOPLEPEOPLE
ORNL/UTK ORNL/UTK W. W. NazarewiczNazarewiczM. M. KortelainenKortelainenT. T. LesinskiLesinskiJ. McDonnell J. McDonnell N. N. NikolovNikolovJ.C. Pei J.C. Pei N. N. SchunckSchunckM.S.M.S.
Warsaw/Warsaw/JvyJvyääskylskylääJ. J. DobaczewskiDobaczewski
ANLANLJ. J. MorMorééJ. J. SarichSarichS. Wild S. Wild
Ohio State UniversityOhio State UniversityDick Dick FurnstahlFurnstahl
NSCL/MSUNSCL/MSUS.K. S.K. BognerBognerBirukBiruk GebremariamGebremariam
Texas A&M CommerceTexas A&M CommerceC. C. BertulaniBertulani
CEACEAThomas Thomas DuguetDuguet
University of WashingtonUniversity of WashingtonG. G. BertschBertsch
UMCS, LublinUMCS, LublinA. A. StaszczakStaszczak
CHALLENGESCHALLENGES
1.1. Large Scale Mass Table CalculationsLarge Scale Mass Table Calculations2.2. DFT Optimization CalculationsDFT Optimization Calculations3.3. New Generation New Generation FunctionalsFunctionals4.4. DME Functional OptimizationDME Functional Optimization5.5. Visualization and Development ToolsVisualization and Development Tools
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
Constrained calculations forConstrained calculations for9059 even9059 even--even nucleieven nuclei
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on N
umbe
r
Neutron Number
LargeLarge--Scale Mass Table CalculationsScale Mass Table Calculations Calculating the whole Mass Table including evenCalculating the whole Mass Table including even--even, oddeven, odd--even, oddeven, odd--odd nucleiodd nuclei
2971 even2971 even--even bound stateseven bound states
837 220 blocking candidates837 220 blocking candidates foroddodd--even and oddeven and odd--odd nucleiodd nuclei
2 hours run2 hours runusing 9060 processorsusing 9060 processors
12 hours 12 hours using 9060 processorsusing 9060 processors
After implementing After implementing BroydenBroyden method method •• all evenall even--even nuclear states converge even nuclear states converge •• for odd nuclei: about 0.5%, usually high for odd nuclei: about 0.5%, usually high
lying configurations, still divergelying configurations, still diverge
A single 14 hours runA single 14 hours run
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
Equal Filling Approximation & Exact BlockingEqual Filling Approximation & Exact Blocking N. N. SchunckSchunck
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
EffectsEffects of Timeof Time--OddOdd FieldsFields N. N. SchunckSchunck
o Characteristics of the calculation:o N = 14 full spherical shells (Ns = 680 states)o Full HFB calculations, including all time-odd
terms in 91 different nuclei of the rare eartho 3 different Skyrme interactions, SkP, SIII, SLy4o Density-dependent surface-volume contact
pairing interaction (pairing strength adjusted on proton odd-even mass difference in 162Dy)
ETOdd≠0
– ETOdd=0Equilibrium deformation of quasi-proton states in the rare-earth region
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
LargeLarge--Scale Mass Table CalculationsScale Mass Table Calculations Calculating the whole Mass Table including evenCalculating the whole Mass Table including even--even, oddeven, odd--even, oddeven, odd--odd nucleiodd nuclei
Output1-2 GB FILE
(HFB,LN,PNP)
Ground States4 MB FILE
(7584 Nuclei)
Ground & Exited States
1 GB FILE
SLY4, HFBSLY4, HFB+LNSKP , HFBSKP , HFB+LNSKM*, HFBSKM*, HFB+LNSLYS, HFB+LNSLY4_1.2, HFBSLY4_1.2, HFB+LN
BE, - Total Binding energy betat, - Total qudrupole deformation betan, - Neutron qudrupole deformation betap, - Proton qudrupole deformation Q2t, - Total qudrupole moment Q2n, - Neutron qudrupole moment Q2p, - Proton qudrupole moment EFn, - Neutron Fermi energy EFp, - Proton Fermi energy EPAIRn,- Neutron pairing energy EPAIRp,- Proton pairing energy DELTAn,- Neutron pairing gap DELTAp,- Proton pairing gap Rt, - Total rms radius Rn, - Neutron rms radius Rp, - Proton rms radius Rc, - Charge rms radius Ht, - Total hexadecapole moment Hn, - Neutron hexadecapole moment Hp, - Proton hexadecapole moment EKINt, - Total kinetic energy EKINn, - Neutron kinetic energy EKINp, - Proton kinetic energy ESO, - Total spin-orbit energy ECDIR, - Direct coulomb energy ECEX, - Exchange coulomb energy SN, - Neutron separation energy S2N, - Two neutron separation energy SP, - Proton separation energy S2P - Two proton separation energy
AVAILABLE MASS TABLES
AVAI
LABL
E N
UCL
EAR
CHAR
ACTE
RIST
ICS
massexplorer.orgmassexplorer.org
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"Odd-even mass differences from self-consistent mean field theory", G.F. Bertsch, C.A. Bertulani, W. Nazarewicz, N. Schunck and M.V. Stoitsov, Phys. Rev. C 79, 034306 (2009)
"Fission barriers of compound superheavynuclei", J. Pei, W. Nazarewicz, J. Sheikh, and A. Kerman, Phys. Rev. Lett 102, 192501 (2009).
"Odd-Mass Quasi-particle Spectra in the Nuclear Energy Density Functional Theory" N. Schunck , J. Dobaczewski, J. McDonnell, H. More, W. Nazarewicz, J. Sarich, and M. Stoitsov,ready for submission.
"Large-Scale Calculations in Odd-Mass Nuclei", N. Schunck, M. V. Stoitsov, W. Nazarewicz and N. Nikolov, will appear in AIP Con. Proc. (2009)
J. Sheikh, W. Nazarewicz, J. Pei, PRC (2009)
The survey of odd-even binding energy differences has been completedThe survey of single-quasi-proton excitations has been completedThe B-spline, coordinate space HFB-AX solver has been extended to high Temperatures and atomic condensates.
Deformed Coordinate-Space Hartree-Fock-BogoliubovApproach to Weakly Bound Nuclei and Large Deformations, J.C. Pei, M.V. Stoitsov, G.I. Fann, W. Nazarewicz, N. Schunck, F.R. Xu, Phys.Rev.C78:064306,2008
Coordinate-Space Hartree-Fock-Bogoliubov Description of Superfluid Fermi Systems J.C. Pei, W. Nazarewicz, M. Stoitsov; ENAM 2008 conference proceedings (EPJA)
Large-Scale Mass Table Calculations,M. Stoitsov, W. Nazarewicz, and N. Schunck,"Marie and Pierre Curie", Kazimierz Dolny, Poland,Will appear in Int. J. of Modern Physics E (Vol. 19)
Towards The Universal Nuclear Energy Density Functional, M. Stoitsov, J. More, W. Nazarewicz, J. C. Pei, J. Sarich, N. Schunck, A. Staszczak, S. WildWill appear in SciDAC 2009 ProceedingsJournal of Physics: Conference Series (JPCS)
DELIVERABLES (Year 3)DELIVERABLES (Year 3)
Based on HFODD, HFBTHO, HFBBased on HFODD, HFBTHO, HFB--AX, EV8 SolversAX, EV8 Solvers
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Fission Barriers of Compound SuperFission Barriers of Compound Super--Heavy NucleiHeavy Nuclei
showcaseshowcase
Finite-temperature HFB-AX and HFODD
Isentropic fission pathways obtained
Fission barrier damping exponentially afterk T=0.5 MeV
cold-fusion and hot-fusion compound nuclei have different damping factors: shell effects
Systematic damping factors obtained: useful implications for synthesizing SHE
Asymmetric shell effects disappear at hightemperatures
J. Pei, W. Nazarewicz, J. Sheikh, A. Kerman, PRL 102, 192501(2009)
J. Sheikh, W. Nazarewicz, J. Pei, PRC (2009)
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
DFT Optimization CalculationsDFT Optimization Calculationsin collaboration within collaboration with
Standard Standard SkyrmeSkyrme functional functional -- 13 parameters13 parameters Optimization in Terms of COptimization in Terms of C--parametersparameters
t-par
amet
ers
C-p
aram
eter
s
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
DFT Optimization CalculationsDFT Optimization Calculationsin collaboration within collaboration with
Optimization in Terms of Infinite Nuclear Matter CharacteristicOptimization in Terms of Infinite Nuclear Matter Characteristicss
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
DFT Optimization CalculationsDFT Optimization Calculationsin collaboration within collaboration with
After solving the nonlinear least-squares problem, the sensitivity and correlation analysis is based on forming a quadratic model near the (approximately) optimal solution .
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
Augmented Augmented LagrangianLagrangian Method for Constrained CalculationsMethod for Constrained Calculations
A. A. StaszczakStaszczak, UMCS, Lublin, UMCS, Lublin
Linear ConstraintLinear Constraint Quadratic ConstraintQuadratic Constraint Augmented Augmented LagrangianLagrangian
in collaboration within collaboration with
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
Augmented Augmented LagrangianLagrangian Method for Constrained CalculationsMethod for Constrained Calculations
A. A. StaszczakStaszczak, UMCS, Lublin, UMCS, Lublinin collaboration within collaboration with
HFODD resultsHFODD results
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General form which includes standard Skyrme functional structure
New Generation New Generation FunctionalsFunctionals timetime--even ph parteven ph part
Six densities Fifteen terms multiplied by
Fourteen amplitudes depending on densities and their derivatives
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m = {ρρ, ρτ, J2, ρ∆ρ,∇ρ∇ρ, ρ∇J, J∇ρ}
U
u = kF /mπ G = g2A/f
2π
New Generation New Generation FunctionalsFunctionals DME FUNCTIONALDME FUNCTIONAL
LO exampleLO example
LDALDA
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Analytical Expressions Analytical Expressions LO, NLO, LO, NLO, N2LON2LO
VOLUME PARTVOLUME PARTExpressed in terms ofExpressed in terms of
Infinite NMInfinite NM
IMPLEMENTATION IMPLEMENTATION TO FINITE NUCLEITO FINITE NUCLEI
Implemented in HFBRADImplemented in HFBRAD•• fast (seconds per nucleus)fast (seconds per nucleus)•• spherical nucleispherical nuclei••
Implemented in HFBTHOImplemented in HFBTHO•• about 10 min per nucleusabout 10 min per nucleus•• spherical & axially deformed spherical & axially deformed ••
+ gradients + gradients OptimizationOptimization
DONE:DONE:Regression algorithmRegression algorithmUsing energies (HFBRAD)Using energies (HFBRAD)M. M. KortelainenKortelainen
ADVANCE STAGE:ADVANCE STAGE:Genetic algorithmGenetic algorithmSpherical nuclei (HFBRAD)Spherical nuclei (HFBRAD)T. T. LesinskiLesinski, N. , N. SchunckSchunck
IN PREPARATION:IN PREPARATION:ANL algorithmANL algorithmDeformed nuclei (HFBTHO)Deformed nuclei (HFBTHO)J. J. MorMoréé, J. , J. SarichSarich, S. Wild, S. Wild
DONE: Dick Furnstahl, Scott Bogner, Biruk Gebremariam, Thomas Duguet
DONE: all seven volume parameters are expressed interms of M.S.
DONE: M. Kortelainen M.S.
New Mass TableNew Mass Table
PHYSICSPHYSICS
DME FUNCTIONAL OPTIMIZATIONDME FUNCTIONAL OPTIMIZATION roadmaproadmap
LOLO LOLO
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
DME FunctionalDME Functional Infinite Nuclear MatterInfinite Nuclear Matter
Afte
r re
fitt
ing
volu
me
para
met
ers
to N
MAf
ter
refi
ttin
g vo
lum
e pa
ram
eter
s to
NM
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
DME FunctionalDME Functional Finite NucleiFinite Nuclei
After refitting surface parameters to 7 nucleiAfter refitting surface parameters to 7 nuclei
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
Visualization and Development ToolsVisualization and Development Tools
Off-Line Version• Written in Java • Can work on any computer• Large sets of visualization tools• One can compare with his own data• Saves data and images in many
formats
OnOn--Line VersionLine Version• Uses Python, Gnuplot, PHP, Ajax• Visualization right from the browser
• mass filters• 2D and 3D charts• plot nuclear characteristics• rms errors with exp. data
Mass Table ExplorerMass Table Explorer
Subversion Control System (SVN)Subversion Control System (SVN)
MTeXMTeX WEB WEB MTeXMTeX
• http://massexplorer.org/svn/DFToptimize• http://massexplorer.org/svn/FitDME• http://massexplorer.org/svn/HFBTHO• http://massexplorer.org/svn/HFODD• http://massexplorer.org/svn/MPI_HFODD
http://http://massexplorer.orgmassexplorer.org
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
Odd-Proton Quasi-Particle States for Tb
Neutron NumberE
nerg
y, M
eV
Sly4
Sly4 Sly4
Exp
ExpExp
Automatically selects, colors and connects one-quasi-particle exited states in odd-proton nuclei,allowing rapid comparison between theory and experiment as well as the identification of trends in an isotopic chain.
Visualization for OddVisualization for Odd--QuasiQuasi--Particle SpectraParticle SpectraJordan McDonnellJordan McDonnell
Java Application and Python ScriptJava Application and Python Script
Statistical and Correlations AnalysisStatistical and Correlations Analysisin collaboration with
HaiHai Ah Nam & George Ah Nam & George OstrouchovOstrouchov
Visualization and Development ToolsVisualization and Development Tools
Annual Workshop, Pack Forest (WA), June 22-25, 2009
Work PlanWork Plan
• Finalizing the optimization of the standard Skyrme functional• Publishing the results including the correlations analysis and parameters error estimates • Finalizing the non-local extension of the B-spline, coordinate space DFT solver HFB-AX
• Finalizing the implementation of the DME functional including LO, NLO, and N2LO (density and gradient versions of the LDA) to spherical (HFBRAD) and spherical and axially deformed nuclei (HFBTHO)
• Pre-optimization procedures based on regression and genetic algorithm• Optimization of DME functional using the ANL algorithm
Remaining of the yearRemaining of the year
Year 4Year 4
Slide Number 1Slide Number 2Large-Scale Mass Table Calculations�Calculating the whole Mass Table including even-even, odd-even, odd-odd nucleiEqual Filling Approximation & Exact Blocking�N. SchunckEffects of Time-Odd Fields�N. SchunckLarge-Scale Mass Table Calculations�Calculating the whole Mass Table including even-even, odd-even, odd-odd nucleiSlide Number 7Slide Number 8DFT Optimization CalculationsDFT Optimization CalculationsDFT Optimization CalculationsAugmented Lagrangian Method for Constrained Calculations��A. Staszczak, UMCS, LublinAugmented Lagrangian Method for Constrained Calculations��A. Staszczak, UMCS, LublinNew Generation Functionals�time-even ph partNew Generation Functionals� DME FUNCTIONALDME FUNCTIONAL OPTIMIZATION�roadmapDME Functional�Infinite Nuclear MatterDME Functional�Finite NucleiSlide Number 19Slide Number 20Work Plan