Horváth Anna, Forgács-Dajka Emese, Barnaföldi Gergely Gábor (2024.12.01 - 2025.03.31)

Publikáció: The effect of multiple extra dimensions on the maximal mass of compact stars in Kaluza-Klein space-time

Kivonat: Kompakt csillagokat vizsgáluk Kaluza--Klein téridőben, több extra kompakt térdimenzió (d) hozzáadásával. A bővített fenomenológia modellben statikus, gömbszimmetrikus megoldásokat vizsgálunk, ahol az állapotegyenletet egy nulla hőmérsékletű, kölcsönható, többdimenziós Fermi-gáz adja. A kompakt csillagok maximális tömegét különböző modellparaméterekre számoljuk ki. Vizsgáljuk több extra dimenzió hatását egy Kaluza--Klein csillagszerkezetben. Összehasonlítjuk több extra dimenzió hatását a gerjesztési szám növelésének megfigyelési következményeivel.

Biricz András, ELTE (2024.11.01 - 2025.03.31)

Kivonat: A kutatás során egy nagymértékben automatizált, mesterséges intelligenciával támogatott rendszert fejlesztettünk ki a levegőben terjedő pollenek mikroszkópos képek alapján történő azonosítására. A módszerünk lényege, hogy jelentősen csökkenti a kézi annotációs igényt egy speciális, nyílt végű objektumdetektor és transzformer-alapú modellek alkalmazásával. A modell tanítása és értékelése magyarországi, svédországi, franciaországi és mediterrán területekről származó mintákon történt, kontrollált és valós környezetből származó adatokkal. A mélytanulásos modellek tanítása nagyteljesítményű GPU infrastruktúrán zajlott, lehetővé téve komplex detekciós architektúrák hatékony betanítását. Az eredmények hozzájárulnak az allergének monitorozásának és az ökológiai kutatásoknak a modernizálásához.

Gergácz Mira, Keresztúri Ákos (2023.09.01-12.31.)

Publikáció: Survey of remnant seasonal ice patches at southern polar Mars

Kivonat: A tanulmány célja a vízjég kondenzációs időszakának vizsgálata a Marson. A munka során automatizált konvolúciós neurális háló (CNN) fut le High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) képekre, melyek a Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) szonda által készültek. Kisebb jégfoltok (\(1.5-300\) méter közötti átmérőjű) felismerésére tanított CNN használata megfelelő automatizált módszernek bizonyul erre a célra. A vizsgált terület a \(-40°\) és \(-60°\) közötti szélességi fok tartomány, \(L_s = 0-90°\) időszakban, amikor a déli jégsapka még nem fedi ezt a területet.

Horváth Anna [1,2], Barnaföldi Gergely Gábor [1], Forgács-Dajka Emese[2] (2024.09.01-12.31)

[1] Wigner Fizikai Kutatóközpont [2] Eötvös Loránd Tudományegyetem

Kivonat: Kompakt csillagok vizsgálatát végezzük egy statikus, gömbszimmetrikus Kaluza-Klein-szerű elméletben, amiben több extra dimenzó jelenlétét is vizsgálkuk a korábbi kutatások fényében. Állapotegyenletet hozunk létre, mely a Tolman-Oppenheimer-Volkov egyenlettel együtt alkalmas neutron csillagok modellezésére. Ezen objektumok szerkezetének szimulálása (a fő mérhető fizikai tulajdonságaik, azaz a tömeg és a sugár kiszámítása), valamint egy alapos analízis kivitelezése megköveteli, hogy számításigényes programokat használjunk. Ez a projekt a részecskefizika standard modelljén túli elméleteket tesztel, különös tekintettel egy lehetséges extra kompaktifizált térdimenzió méretének a megszorítására.

Legeza Örs (2023.11.01 - 2024.11.30)

Wigner Fizikai Kutatóközpont

Publikációk:
[1] Parallel implementation of the Density Matrix Renormalization Group method achieving a quarter petaFLOPS performance on a single DGX-H100 GPU node
[2] Two-dimensional quantum lattice models via mode optimized hybrid CPU-GPU density matrix renormalization group method
[3] Boosting the effective performance of massively parallel tensor network state algorithms on hybrid CPU-GPU based architectures via non-Abelian symmetries
[4] Massively Parallel Tensor Network State Algorithms on Hybrid CPU-GPU Based Architectures)
[5] Cost optimized ab initio tensor network state methods: industrial perspectives

Kivonat: Az olyan kvantumos rendszerek numerikus szimulációja, melyekben az atomi spinek vagy mozgékony elektronok közötti kölcsönhatás erős és nem lehet leírni ún. perturbációs módszerekkel a modern fizika középpontjában állnak. Ez azonban igen nagy kihívást jelent mert a számítógépes erőforrás általánosságban exponenciálisan skálázódik a rendszer méretével. Olyan algoritmusok kidolgozása, melyeknél ez polinomiális alakra hozható napjaink egyik legintenzívebben kutatott tudományterületének számít.

A sűrűségmátrix renormálási csoport (DMRG) algoritmus éppen egy ilyen módszer, aminek további nagy előnye, hogy a vonatkozó tenzor algebra a megmaradó kvantumszámok tükrében akár egymástól több millió független részfeladatra bontható. Mindez ideális környezetet biztosít MPI és GPU alapú masszív párhuzamosításhoz. A 2021-2022-es év során hibrid CPU és többszörös GPUval gyorsított alkalmazásainkkal már számos kvantumos rendszerre végeztünk szimulációkat, mely eredméneyinkből két kéziart is elérhető az arXiv-on:

[1] Massively Parallel Tensor Network State Algorithms on Hybrid CPU-GPU Based Architectures, Andor Menczer, Örs Legeza, arXiv:2305.05581 (2023)

[2] Boosting the effective performance of massively parallel tensor network state algorithms on hybrid CPU-GPU based architectures via non-Abelian symmetries, Andor Menczer, Örs Legeza, arXiv:2309.16724 (2023)

Az [1] publikációban a GPU Labor a köszönetnyilvánításban is szerepel mert az eredmények egy része a projekt első fázisa alatt készült. A jelen projektben (második fázis) ezeket kívánjuk tovább tesztelni és a hatékonysági tesztek alapján tovább optimalizálni az A100-as GPU infrastukturát használva. A tesztek eredményei alapján a [2] publikáció bizonyos adatpontjait tervezzük bővíteni.

Maller Péter\(^1\), Forgács-Dajka Emese\(^1\), Berényi Dániel\(^2\) (2024.10.01. - 2025.02.28.)

1. Eötvös Loránd Tudományegyetem
2. Freelancer

Kivonat: A projekt fő célja egy ismert Babcock-Leighton napdinamó modell párhuzamosítása, melynek segítségével tanulmányozható a Nap globális mágneses terének fejlődése, így a napaktivitás. A napaktivitás előrejelzése jelenleg is kihívásokat tartogat, hiszen a háttérben egy kváziperiodikus, stochasztikus folyamat húzódik. Ráadásul a mögöttes fizikát leíró dinamó a mai napig az asztrofizika nagy megoldatlan problémáinak egyike. Ez persze nem jelenti azt, hogy nincsenek elképzeléseink vagy akár modelljeink a mágneses tér fejlődésével kapcsolatban, de további vizsgálatokat és fejlesztéseket kívánnak ezek a modellek.

Az általunk készített numerikus kód alapját egy korábban megírt, több évtizede fejlesztett Fortran nyelven írt program adta, ahol a korszerűsítést több dolog is motiválta: egyrészt a sokak által, hosszú időn át írt kódban vannak redundanciák, de akár olyan részek is, melyek már nyilvánvalóan feleslegesek, másrészt a kód szerkezete, felépítése miatt nehézkes a további fejlesztés. Így elsőként az volt a célunk, hogy a munka során a korábbi kódot optimalizáljuk és refaktoráljuk, melyhez a C programozási nyelvet választottuk. Ezután szeretnénk elvégezni a kód párhuzamosítását is, melyhez a CUDA keretrendszert használjuk. A párhuzamosítás által elérhető futási idő csökkenés átfogó elemzéseket tesz lehetővé: vizsgálhatjuk a mágneses tér több komponensének fejlődését nagyobb térbeli felbontásban, de feltérképezhetjük a modell paraméterterét is. Céljaink között szerepel különböző numerikus módszerek - mint például az ADI (Alternating-Direction Implicit) és az FTCS (Forward Time-Centered Space) - összehasonlítása is. Összességében a projekt megvalósítása során szeretnénk megvizsgálni a különböző lehetőségeket, hogy kiválaszthassuk a megfelelő kompromisszumos megoldást a teljesítmény, pontosság és későbbi fejlesztések tekintetében.

Ákos Gellért[1,2] , Oz Kilim[1] , Anikó Mentes[1] and István Csabai[1] (2023.02.15 - 2023.12.15)

[1] ELTE Department of Physics of Complex Systems
[2] ELKH Veterinary Medical Research Institute

Kivonat: The first recorded pandemic of the flu occurred in 1580 and since then, flu pandemics have occurred several times throughout history, with the most severe being the Spanish flu in 1918-1919 which killed millions of people worldwide. In the 20th century, significant progress was made in the understanding of the virus and the development of vaccines, which have greatly reduced the impact of flu pandemics. Despite this progress, the flu continues to be a major public health issue, with millions of cases reported each year and an annual death toll in the tens of thousands.

Hemagglutinin, a surface membrane protein of the Influenza virus plays an important role in the infection process of the virus, as it allows the virus to attach to and penetrate host cells. The flu vaccine is formulated each year based on which strains of the virus are predicted to be most prevalent, and it is designed to stimulate the body's immune response to the hemagglutinin protein on those strains. Many antigenic maps have been constructed this far, which reveal the relationships between different strains of a virus, specifically with regards to the way their antigens [1] (e.g., hemagglutinin) are recognized by the immune system. Experimental Influenza HA deep mutational data [2] are also available for the research community to explore the virus functions.

In this project, we aim to in silico combine antigenic maps and deep mutational scanning data to obtain a more comprehensive understanding of the evolution and functional properties of Influenza virus. For example, combining antigenic map data with deep mutational scanning data can provide information about how different mutations affect the ability of a virus to evade the immune response, as well as which regions of the virus are critical for this evasion. This information can be used to inform the design of vaccines and antiviral drugs that target specific regions of the virus that are critical for its function and evolution. We will use AlphaFold2 [3] and ESMFold2 [4] the fastest AI based and most reliable protein structure prediction applications in the world to generate single and/or multiple mutant structures of various Influenza HA protein.

[1] Antigenic map.
[2] Flu HA DMS..
[3] J. Jumper et al., “Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold,” Nat. 2021 5967873, vol. 596, no. 7873, pp. 583–589, Jul. 2021, doi: 10.1038/s41586-021-03819-2.
[4] ESMFold.

Kacskovics Balázs\(^{1,2}\), Barta Dániel\(^{1}\) (2024.01.01 - 05.31)

\(^{1}\) HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont
\(^{2}\) Pécsi Tudományegyetem

Publikáció: Comparing eccentric waveform models based on post-Newtonian and effective-one-body approaches

Kivonat: Ezen pályázt keretében két numerikus modellt hasonlítunk össze egymással, nevezetesen a CBWaves és a SEOBNRE algoritmusokat, amelyek a poszt-newtoni, illetve az effektív egytestes megközelítést használják fel excentrikus pályán keringő kettős fekete lyukak modellezésére. A két modell közötti eltérés feltérképezésére 260 000 szimulációt elvégzése sükséges - 20 000-et a nem-spines konfigurációkra és 240 000-et a spines konfigurációkra - a választott paramétertér által kifeszített rácson. Ezen rács minden egyes \(i\)-vel jelölt pontját a \(\nu \equiv m_1/m_2\in [0.1,1]\) tömegarány, a \(m_i \in [10M_\odot, 100M_\odot]\) gravitációs tömeg, a megfelelő spin nagysága \(S_i \in [0,0.6]\) és egy állandó kezdeti pályaexcentricitás \(e_{0}\) határozza meg. Átfogó vizsgálatot végezünk annak megállapítására, hogy van-e eltérés a két kód által generált hullámformák között.

Kovács Győző, Kovács Péter, Wolf György (2023.01.01 - 11.30)

Wigner Fizikai Kutatóközpont

Támogatás: NKFIH FK 131982

Publikáció: Phenomenology of isospin-symmetry breaking with vector mesons

Kivonat: A kiterjesztett lineáris szigma modell (eLSM) egy továbbfejlesztett kvarkmezon modell, amellyel jól tanulmányozható pl. a mezonok fenomenológiájának nulla hőmérsékleten és a QCD fázisdiagramja véges hőmérsékleten és/vagy bariokémiai potenciálon. Ahhoz, hogy predikciókat tudjunk adni a modell paramétereit meg kell határozni, úgy hogy a számított fizikai mennyiségeket (például tömegeket és bomlási szélességeket) a kísérleti értékeikhez illesztjük. A legjobb fit és a globális minimum a k-dimenziós paramétertérben (esetünkben \(k > 14\)) véletlenszerű kiindulási pontok kiválasztásával és egy \(\chi^2\) multiparaméteres minimalizálás futtatásával található meg. Ez az eljárás numerikusan meglehetősen drága és időigényes. Ugyanakkor nagy számú kiindulási pontra (\(n ∼ 10^7\)) van szükség ahhoz, hogy ésszerű statisztikát és felbontást érjünk el a paraméterértékekben.

A modell, a paraméterfüggés és a paraméterezés jó megértése érdekében az illesztést az érintett fizikai mennyiségek változtatása mellett is el kell végezni.

Kovács Győző [1], Kovács Péter [1], Wolf György [1], Pok Man Lo [2] (2023.01.01 - 11.30)

[1] Wigner Fizikai Kutatóközpont
[2] Wroclaw Egyetem, Boroszló

Támogatás: NKFIH FK 131982

Publikáció: Sensitivity of finite size effects to the boundary conditions and the vacuum term

Kivonat: A véges térfogat hatását effektív térelméleti modellekben általában az impulzus tér valamilyen megszorításával veszik figyelembe, például alacsony impulzus levágással vagy diszkretizációval, amely az alkalmazott peremfeltételtől függő módusokra történő felösszegzést eredményez az integrálok helyett. A kutatásunk során egy továbbfejlesztett kvark-mezon modellben tanulmányozzuk a kritikus végpont és annak környezetében a barionfluktuációk méretfüggését különös tekintettel arra, hogy az impulzus tér különböző módosításai és a vákuum járulék figyelembe vétele milyen módon befolyásolják azokat. A fluktuációkat leíró kumulánsarányok meghatározásához a nyomás magasabb rendű deriváltjait kell kiszámítani. Erre a célra a véges differencia módszer használható, de ehhez a téregyenleteket több pontban is meg kell oldani. Ennek kivitelezése jelentős számítási kapacitást igényel ha a fázisdiagramot és a méretfüggést is kellően sűrűn akarjuk feltérképezni, ugyanakkor ezek a számítások könnyen párhuzamosíthatóak.

Emese Forgács-Dajka*, István Ballai** (2021.05.01-2021.12.31)

* Eötvös Lorán Tudományegyetem, Csillagászati tanszék
** Solar Physics and Space Plasma Research Centre (SP2RC), Department of Applied Mathematics, The University of Sheffield

Publikáció: Parametric resonance of Alfvén waves driven by ionization-recombination waves in the weakly ionized solar atmosphere

Kivonat: Munkánk során a részlegesen ionizált plazmában fellépő - mint pl. a a Nap légkörében megfigyelhető protuberanciák esete -, a környező mágneses térre ferde irányban terjedő lökéshullámok jellegét és tulajdonságait vizsgáljuk. Elsősorban a megfigyelésekkel is alátámasztott lökéshullámok elemzését szeretnénk elvégezni, így eredményeink magyarázatként szolgálhatnak a protuberanciákban megfigyelt fényes foltok terjedésére is (Lin és mktsai, 2012).

Az összenyomható, egyfolyadékos magnetohidrodinamikai (MHD) egyenletek megfelelő skálázási eljárásokkal redukálhatók a jól ismert Burgers-egyenletre, melynek együtthatói a lökéshullám terjedési szögétől, a plazma β-tól és a plazma ionizációs fokától függenek. Modellünk jól alkalmazható mind a lassú, mind a gyors magnetoakusztikus lökéshullámok vizsgálata során. A lökésfront esetén a standard ugrási feltételeket használva (gyenge szórást feltételezve) meghatározhatók a termodinamikai mennyiségek ugrása is, melyek már összehasonlíthatóak a megfigyelésekből származó adatokkal.

A Cole-Hopf transzformáció segítségével oldjuk meg a kapott egyenletet, amely tulajdonképpen egyenértékű egy diffuziós egyenlet kezdetérték problémával. A megoldás során megvizsgáljuk, hogy mennyi időre van szükség ahhoz, hogy a kezdetben Gauss-féle hullámprofil lökéshullámmá feljődjön, azaz a hullámfront vastagsága az ionok szabad úthosszának nagyságrendjébe essen.

Szigeti Balázs, Szapudi István, Barna Imre, Barnaföldi Gergely Gábor (2024.08.01-2024.10.30.)

Kivonat: A Hubble állandó az Univerzum tágulásának mértékét meghatározó mennyiség. Jelenleg a különböző vöröseltolódású kísérleti mérések más-más értéket adnak meg erre -- amely problémát a Hubble puzzlenek hívja a szakirodalom. Javasltunk szerint Gödel-inspirált, forgó univerzum modellben a mért értékek közötti eltérés jól magyarázható a forgás bevezetésével. Önhasonló megoldással a lassan forgó sötét-anyag modellel mindez kiszámítható, és a kapott forgásra a \(\omega_0 \simeq 2\times 10^{-3}\)~Gyr\(^{-1}\) érték adódik.

Aneta Magdalena Wojnar, Horváth Anna, Barnaföldi Gergely Gábor (2024.08.01-2024.10.30.)

Kivonat: A Heisenberg-féle határozatlansági reláció módosul erős gravitációs mezőben. Kutatásunk során azt vizsgáljuk, hogy a kompaktifikált extra dimenziót tartalmazó 5-dimenziós Kaluza--Klein téridő modellben, hogyan jelenik meg ez az effektus.

Horváth Anna [1,2], Barnaföldi Gergely Gábor [1], Forgács-Dajka Emese [2] (2023.09.01-12.31)

[1] Wigner Fizikai Kutatóközpont
[2] Eötvös Loránd Tudományegyetem

Kivonat: Kompakt csillagok vizsgálatát végezzük egy statikus, gömbszimmetrikus Kaluza-Klein-szerű elméletben, ami magában foglalja egy extra kompaktifizált térdimenzió bevezetését. Megalkottunk egy állapotegyenletet, mely a Tolman-Oppenheimer-Volkov egyenlettel együtt alkalmas neutron csillagok modellezésére. Ezen objektumok szerkezetének szimulálása (a fő mérhető fizikai tulajdonságaik, azaz a tömeg és a sugár kiszámítása), valamint egy alapos analízis kivitelezése megköveteli, hogy számításigényes programokat használjunk. Számos különböző peremfeltételekkel (mint a központi energiasűrűség) és elméleti paraméterekkel (például az extra dimenzió mérete) rendelkező csillagot vizsgálunk. Az ilyen jellegű számításokhoz elengedhetetlen a parellelizációban rejlő lehetőség kihasználása, ami a legjobban többmagos processzorokon valósítható meg. Ez a projekt a részecskefizika standard modelljén túli elméleteket tesztel, különös tekintettel egy lehetséges extra kompaktifizált térdimenzió méretének a megszorítására.

Neelkamal Mallick [1], Suraj Prasad [1], Aditya Nath Mishra [2,4], Raghunath Sahoo [1] and Gergely Gábor Barnaföldi [3] (2024.05.01 - 2024.08.31)

[1] Department of Physics, Indian Institute of Technology Indore [2] Department of Physics, School of Applied Sciences, REVA University [3] Wigner Research Center for Physics [4] Department of Physics, University Centre For Research & Development (UCRD), Chandigarh University

Publikáció: Anisotropic flow fluctuation as a possible signature of clustered nuclear geometry in O-O collisions at the Large Hadron Collider

Kivonat: A nucleus having 4n number of nucleons, such as 8Be, 12C, 16O, etc., is theorized to possess clusters of α particles (4He nucleus). In this study, we exploit the anisotropic flow coefficients to discern the effects of an \(\alpha\)-clustered nuclear geometry w.r.t. a Woods-Saxon nuclear distribution at \(\sqrt{s_{NN}} = 7\) TeV LHC energy.

Jakovác Antal, Horváth Anna, Dudás Bence (2024.07.01-09.30)

Kivonat: A projekt keretében környezeti hang minták mesterséges intelligencia alapú vizsgálata, alkalmazott kutatásokhoz.

Dániel Léber, Ormos Mihály (2024.07.01-09.30)

Kivonat: A tanulmányban az entrópiára, mint kockázati mértékére összpontosítunk, és arra, hogy milyen szerepet játszhat az egyensúlyi eszközárazásban. A hagyományosan használt tőkeeszközárazási modellhez (CAPM) hasonlóan az entrópia is felbontható kölcsönös (pénzügyekben a tovább már nem-diverzifikálható kockázat mérőszáma) és feltételes (pénzügyekben a piaci portfólióval való egyűt mozgás mérőszáma) entrópiákra. Megvizsgáljuk, hogy mi a kapcsolat ezek és a hagyományosan használt kockázati mérőszámok, mint a szórás és a béta között. Javaslatot teszünk továbbá egy jobb illeszkedésre és az eszközárazások ismert megoldatlan anomáliáira. Az OpenBB adatbázis és Kenneth R. French adatkönyvtár felhasználásával az S&P500 indexben található egyedi részvények adatait vizsgáljuk a napi hozamok és a hozzájuk kapcsolódó különböző kockázati mértékek kiszámításához. Bemutatjuk a különböző kockázati mértékek diverzifikációs hatásait és azok időbeli stabilitását is. Összességében egy entrópia alapú új módszert vezetünk be az eszközök egyéni és rendszerszintű kockázatainak elkülönítésére. Modellünket a CAPM-modell hagyományos tesztjével is validáljuk és a regresszión alapuló eredményeinket mind mintán belül, mind mintán kívül teszteljük. Modellünk robusztusságát továbbá keresztvalidálással és időbeli csúszó ablakok használatával egyaránt értékeljük.

Neelkamal Mallick [1], Suraj Prasad [1], Aditya Nath Mishra [2,4], Raghunath Sahoo [1] and Gergely Gábor Barnaföldi [3] (2023.01.01 - 2023.03.31)

[1] Department of Physics, Indian Institute of Technology Indore
[2] Department of Physics, School of Applied Sciences, REVA University
[3] Wigner Research Center for Physics
[4] Department of Physics, University Centre For Research & Development (UCRD), Chandigarh University

Publication: Deep learning predicted elliptic flow of identified particles in heavy-ion collisions at the RHIC and LHC energies

Abstract Recent developments of a deep learning feed-forward network for estimating elliptic flow \((v_2)\) coefficients in heavy-ion collisions have shown the prediction power of this technique. The success of the model is mainly the estimation of \(v_2\) from final-state particle kinematic information and learning the centrality and transverse momentum \((p_T)\) dependence of \(v_2\). The deep learning model is trained with Pb-Pb collisions at \(\sqrt{s_{NN}} = 5.02 TeV\) minimum bias events simulated with a multiphase transport model. We extend this work to estimate \(v_2\) for light-flavor identified particles such as \(π^\pm\), \(K^\pm\), and \(p + \bar{p}\) in heavy-ion collisions at RHIC and LHC energies. The number-of-constituent-quark scaling is also shown. The evolution of the \(p_T\)-crossing point of \(v_2(p_T)\), depicting a change in baryon-meson elliptic flow at intermediate \(p_T\) , is studied for various collision systems and energies. The model is further evaluated by training it for different \(p_T\) regions. These results are compared with the available experimental data wherever possible.

Zoltán Lehóczky, Márk Bartha (2024.01.01 - 05.31)

Lombiq Ltd.

Link: GPU Day Chase Study

Abstract: GPU Day is a conference organized by the Wigner Scientific Computational Laboratory that focuses on massively parallel computing, visualization, and data analysis in both scientific and industrial applications. We also presented our Hastlayer .NET hardware accelerator project many times there too.

The website serves as an information hub for these annual conferences. It was initially running on Orchard 1 DotNest, but now it was time to migrate it to Orchard Core. While these migrations always come with certain challenges due to the new features introduced in Orchard Core, we tried to keep things easy by not changing the frontend of the site, even though it's somewhat outdated.