PEOPLE -...

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


Constrained calculations forConstrained calculations for9059 even9059 even--even nucleieven nuclei

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-0.34-0.30-0.26-0.22-0.18-0.14-0.10-0.05-0.010.030.070.110.150.190.230.270.310.350.400.440.480.52

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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


Equal Filling Approximation & Exact BlockingEqual Filling Approximation & Exact Blocking N. N. SchunckSchunck


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


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


"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


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)


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



Optimization in Terms of Infinite Nuclear Matter CharacteristicOptimization in Terms of Infinite Nuclear Matter Characteristicss



After solving the nonlinear least-squares problem, the sensitivity and correlation analysis is based on forming a quadratic model near the (approximately) optimal solution .


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


Augmented Augmented LagrangianLagrangian Method for Constrained CalculationsMethod for Constrained Calculations

A. A. StaszczakStaszczak, UMCS, Lublin, UMCS, Lublinin collaboration within collaboration with

HFODD resultsHFODD results


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


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


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


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


DME FunctionalDME Functional Finite NucleiFinite Nuclei

After refitting surface parameters to 7 nucleiAfter refitting surface parameters to 7 nuclei


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


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


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

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