Untersuchungen zur Sprechtraktakustik

Die Dissertation betrachtet zunächst die Anatomie der Lautentstehung und die Historie von Untersuchungen zu Sprechtraktakustik (u.a. Ibn Sina, Hook, Mical, Kratzenstein, Kempelen, Faber, Wheatstone, Helmholz, Riesz, Dunn, Chiba, Kajiyama, Kelly, Lochbaum, Saito, Itakura, Burg ) und geht insbesondere auf das Rohrmodell zu Beschreibung der Vokaltraktakustik ein. Mittels Finiter-Differenzen wird die Aksutik der Sprechens dann dreidimensional beschrieben, und die zuätzlich auftretenden Effekte betrachtet. Fur die sich beim Sprechen schnell bewegende Mundhöhle wird ein Verfahren entwickelt und untersucht, mittels Sprachsignalen durch inverse Filterung und MRT-Aufnahmen die räumliche Konfiguration zu bestimmen. Für den Nasaltrakt wurden dreidimensional abbildende Verfahren aus der medizinischen Diagnostik verglichen (MRT und CT), und anhand eines Computer-Tomographischen Datensatzes die akustischen Vorgänge dreidimensional bestimmt

Few-body physics in ultracold Fermi gases

This thesis reports on experimental studies of few-body physics in ultracold Fermi gases. The main part is devoted to the first realisation of an ultracold three-component Fermi gas in thermal equilibrium that consists of atoms in the three lowest spin states of 6Li. In first experiments the collisional stability of the gas was investigated in dependence of the interparticle interaction. The interaction strength was tuned by an external magnetic field employing Feshbach resonances in all three two-body scattering channels. At two magnetic field values a resonant enhancement of three-body loss was observed that can be explained by an Efimov-like trimer consisting of one atom in each of the three states which crosses the continuum twice in the studied magnetic field region. The behaviour of three-body loss rates could be understood by taking into account a variation of the lifetime of the trimer with the magnetic field. These experiments were performed with large ensembles of atoms. A finite deeply degenerate Fermi gas consisting of a controlled number of atoms may serve as a clean model for finite Fermi systems as for example atomic nuclei. An approach for the preparation of such a gas is discussed and first experimental steps are presented

Real time observables for the Quark-Gluon Plasma from the lattice

Das Schwerionenkollisionen Programm der Beschleuniger RHIC und LHC gibt Hinweise auf einen neuen Zustand hadronischer Materie --- das Quark-Gluon Plasma. Dieses zeichnet sich durch eine zumindest partielle Aufhebung des confinements aus, welches besagt, dass keine freien Quarks beochtbar sind. Aus einer Beschreibung der experimentellen Daten mit relativistischer Hydrodynamik folgen weitere Eigenschaften. So geht das in einer Schwerionenkollision erzeugte Quark-Gluon Plasma nach sehr kurzer Zeit, etwa 1 fm/c, in ein zumindest lokales thermisches Gleichgewicht über. Durch die Lorentzkontraktion der beiden Schwerionen erwartet man, dass der Zustand direkt nach der Kollision durch eine Impulsanisotropie in der transversal-longitudinalen Ebene bestimmt wird. Somit setzt das Erreichen eines thermischen Gleichgewichts zunächst eine Isotropisierung voraus. Bisherige Studien haben gezeigt, dass gluonische Moden bei dieser Isotropisierung durch Verursachung einer chromo-Weibel Instabilität eine entscheidende Rolle spielen. Weiterhin verhält sich das Quark-Gluon Plasma wie eine fast perfekte Flüssigkeit. Eine Berücksichtigung dissipativer Terme in der hydrodynamischen Beschreibung erfordert das Hinzufügen weiterer Terme zu den entsprechenden Bewegungsgleichungen. Diese sind proportional zu Transportkoeffizienten, welche durch die zugrunde liegende mikroskopische Theorie festgelegt sind. Diese Theorie ist Quantenchromodynamik. Sie beschreibt die starke Wechselwirkung der Quarks und Gluonen und ist ein fundamentaler Baustein des Standardmodells der Teilchenphysik. Da im Regelfall Prozesse der starken Wechselwirkung nichtperturbativ sind, beschreiben wir QCD unter Verwendung einer Gitterregularisierung. Diese beruht auf einer Diskretisierung der vierdimensionalen Euklidischen Raumzeit durch einen Hyperkubus mit periodischen Randbedingungen und ermöglicht ein Lösen der QCD mit numerischen Methoden. Allerdings ist die Anwendung der Gittereichtheorie auf Systeme im thermischen Gleichgewicht beschränkt und kann somit keine Prozesse beschreiben, die auf Echtzeit basieren. Transportkoeffizienten entsprechen Proportionalitätskoeffizienten, die die Relaxation einer Flüssigkeit oder eben eines Quark-Gluon Plasmas von einer kleinen Störung beschreiben. Damit sind sie unmittelbar mit der Zeit verknüpft. Über Kubo-Formeln lassen sie sich jedoch mit Gleichgewichtserwartungswerten retardierter Korrelatoren verknüpfen und werden so in Gitter QCD zugänglich. In der vorliegenden Dissertation berechnen wir den Transportkoeffizienten κ in Gittereichtheorie für das Yang-Mills Plasma. Dabei nutzen wir aus, dass dieser Transportkoeffizient eine triviale analytische Fortsetzung vom retardierten zum Euklidischen Korrelator besitzt, welcher direkt in Gittereichtheorie zugänglich ist. Es ist die erste nichtperturbative Berechnung eines Transportkoeffizienten in QCD ohne weitere Annahmen, wie die Maximum Entropie Methode oder Ansätze, zu treffen

Semi-Classical Hamiltonian Daemons

Hamiltonian daemons allow the transfer of energy from systems with very fast degrees of freedom to systems with slower ones across several orders of magnitude. They act on small scales and can be regarded as micro-engines. Such daemons were previously described in the classical as well as the quantum me- chanical regime. In this thesis the semi-classical regime is examined, where quantum phenomena occur as corrections to classical systems. Here, the focus is on numerical simulations. First some introductory models are examined. They are concerned with quantum tunneling, since it occurs as an important quantum correction, as well as with the capture and decay of bound states, since this represents the transition between the dynamical phases of a daemon: adiabatic decoupling and downconversion. The examinations are carried out using wave functions, as solutions to the Schrödinger equation, and by means of Wigner functions in a quantum mechanical phase-space in the framework of the Weyl-Wigner-Groenewold-Moyal formalism. For one these Wigner functions are computed from the wave functions, but they are also obtained from a numerical method based on the Moyal equation, which will be introduced here. After developing this methodology, it is employed in the study of a daemon system with a tilted washboard potential. The daemon behavior is studied with regards to quantum corrections, especially in phase-space and concerning Kruskal’s theorem, which describes the capture of phase-space flow via a time-dependent separatrix. Lastly the semi-classically quantized phase-space will be discussed as a basis for a combined description of both classical and quantum daemons. The behavior of the energy spectrum in the deep quantum regime is explained by dynamical tunneling pro- cesses.Hamiltonsche Dämonen ermöglichen es Energie von Systemen mit sehr schnellen auf solche mit langsameren Freiheitsgraden zu übertragen, auch über viele Größenordnun- gen der entsprechenden Zeitskalen hinweg. Sie agieren auf kleinsten Skalen und können als Mikromotoren angesehen werden. Bisher wurden solche Dämonensysteme im klassischen sowie im quantenmechanischen Bereich beschrieben. In dieser Arbeit wird nun der semi-klassische Bereich untersucht, in dem Quantenphänomenen als Korrektur an klassischen Systemen auftreten. Das Au- genmerk liegt hierbei auf numerischen Simulationen. Untersucht werden zunächst einführende Modelle die sich mit dem Tunneleffekt be- fassen, da dieser als bedeutende Quantenkorrektur auftritt, sowie mit dem Gewinn und Zerfall gebundener Zustände, da dies die Übergänge zwischen den dynamischen Phasen eines Dämons – adiabatische Entkopplung und Downconversion – darstellt. Die Untersuchungen erfolgen numerisch anhand von Wellenfunktionen aus der Schrö- dinger-Gleichung und mittels Wignerfunktionen in einem quantenmechanischen Phasen- raum im Rahmen des Weyl-Wigner-Groenewold-Moyal-Formalismus. Die Wignerfunk- tionen werden zum Einen aus den Wellenfunktionen berechnet, zum Anderen kommt eine numerische Methode auf Grundlage der Moyalgleichung zum Einsatz, welche hier vorgestellt wird. Die so erarbeitete Methodik wird anschließend zur Betrachtung eines Dämonsystems mit tilted washboard-Potential eingesetzt. Untersucht wird das Verhalten des Dämon im Hinblick auf auftretende Quantenkorrekturen, insbesondere im Phasenraum und bezüglich des Kruskal-Theorems, welches den Einfang von Phasenraumfluss durch eine zeitlich veränderliche Separatrix beschreibt. Der semi-klassisch quantisierte Phasenraum wird schließlich als Grundlage einer kom- binierten Beschreibung von klassischen und quantenmechanischen Dämonen diskutiert. Das Verhalten des Energiespektrums im tiefen Quantenbereich wird hier durch dyna- misches Tunneln erklärt

An FPGA-based preprocessor for the ALICE High-Level-Trigger

The ALICE High-Level-Trigger (HLT) is a large scale computing farm designed and constructed for the purpose of the realtime reconstruction of particle interactions (events) inside the ALICE detector. The reconstruction of such events is based on the raw data produced in collisions inside the ALICE at the Large Hadron Collider. The online reconstruction in the HLT allows the triggering on certain event topologies and a significant data reduction by applying compression algorithms. Moreover, it enables a real-time verification of the quality of the data. To receive the raw data from the various sub-detectors of ALICE, the HLT is equipped with 226 custom built FPGA-based PCI-X cards, the H-RORCs. The H-RORC interfaces the detector readout electronics to the nodes of the HLT farm. In addition to the transfer of raw data, 108 H-RORCs host 216 Fast-Cluster-Finder (FCF) processors for the Time-Projection-Chamber (TPC). The TPC is the main tracking detector of ALICE and contributes with up to 16 GB/s to over 90% of the overall data volume. The FCF processor implements the first of two steps in the data reconstruction of the TPC. It calculates the space points and their properties from charge clouds (clusters) created by charged particles traversing the TPCs gas volume. Those space points are not only the base for the tracking algorithm, but also allow for a Huffman-based data compression, which reduces the data volume by a factor of 4 to 6. The FCF processor is designed to cope with any incoming data rate up to the maximum bandwidth of the incoming optical link (160 MB/s) without creating back-pressure to the detectors readout electronics. A performance comparison with the software implementation of the algorithm shows a speedup factor of about 20 compared with one AMD Opteron 6172 Core @ 2.1 GHz, the CPU type used in the HLT during the LHC Run1 campaign. Comparison with an Intel E5-2690 Core @ 3.0 GHz, the CPU type used by the HLT for the LHC Run2 campaign, results in a speedup factor of 8.5. In total numbers, the 216 FCF processors provide the computing performance of 4255 AMD Opteron cores or 2203 Intel cores of the previously mentioned type. The performance of the reconstruction with respect to the physics analysis is equivalent or better than the official ALICE Offline clusterizer. Therefore, ALICE data taking was switched in 2011 to FCF cluster recording and compression only, discarding the raw data from the TPC. Due to the capability to compress the clusters, the recorded data volume could be increased by a factor of 4 to 6. For the LHC Run3 campaign, starting in 2020, the FCF builds the foundation of the ALICE data taking and processing strategy. The raw data volume (before processing) of the upgraded TPC will exceed 3 TB/s. As a consequence, online processing of the raw data and compression of the results before it enters the online computing farms is an essential and crucial part of the computing model. Within the scope of this thesis, the H-RORC card and the FCF processor were developed and built from scratch. It covers the conceptual design, the optimisation and implementation, as well as the verification. It is completed by performance benchmarks and experiences from real data taking

Investigations of the automatic design and optimisation of beam transport lines in particle accelerators with dedicated imaging properties

The first part of this work addresses the automatic online tuning of transfer lines in particle accelerator facilities. In the second part the focus lies on the automatic construction and optimisation of such transport lines. It can be shown that genetic algorithms can be used very well for optimisation in both cases. Automatic online tuning can be performed very efficiently at accelerators under certain boundary conditions and is particularly well suited for initial beam commissioning with low intensity pilot beams. The construction of transfer lines can also be formulated and solved as an minimisation problem with an adopted parameterisation. Thereby, both the imaging properties of the beam transport and the robustness against error studies can be optimised at the same time

Mechanical integration of the Micro Vertex Detector for the CBM experiment

Within this thesis, the mechanical integration of the Micro Vertex Detector (MVD) of the Compressed Baryonic Matter (CBM) experiment is developed. The CBM experiment, which is being set up at the future FAIR facility, aims to investigate the phase diagram of strongly interacting matter in the regime of high net-baryon densities and moderate temperatures. Heavy-ion collisions at beam energies in the range of 2 to 45 AGeV, complemented by results from elementary reactions, will allow access to these conditions. The experiments conducted at LHC (CERN, Switzerland) and at RHIC (BNL, USA = does not apply within the Beam Energy Scan program) so far focus on the investigation of the phase diagram in the regime of high temperatures and vanishing net-baryon densities. The high beam intensities provided by FAIR will enable CBM to focus its experimental program on systematical studies of rare particles. Among other particle species, open charm-carrying particles are one of the most promising observables to investigate the medium created in heavy-ion collisions since their charm quarks are exposed to the medium and traverse its whole evolution. The fact that the decay particles of these rare observables are also produced abundantly in direct processes in heavy-ion collisions results in a huge combinatorial background which attributes specific requirements to the detector systems. The call for a high interaction rate leads to a cutting-edge detector system which provides an excellent spatial resolution, thin detector stations and the capability to cope with the induced radiation as well as the high rate of traversing particles and the resulting track density. The required demands are to be implemented by the MVD which will be equipped with four planar stations positioned at 50, 100, 150 and 200 mm downstream the target. The geometrical acceptance, which has to be covered with charge-sensitive material, is defined according to the requirements of CBM in the polar angle range of [2.5°; 25°]. The MVD stations have to contribute as little as possible to the overall material budget. The expected beam intensity and the vicinity close to the target require silicon detectors that provide a hardness against non-ionizing radiation of more than 10^13 n_eq/cm² and against ionizing radiation of more than 1 Mrad. In addition, the read-out time of the sensors has to be as short as possible to avoid potential ambiguities in the particle tracking caused by the pile-up of hits having emerged from different collisions. For the time being, Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) offer the optimal choice of technology required to address the physics program of CBM with respect to the spectroscopy of open charm and di-electrons. The geometrical properties of these sensors define the layout of the detector. To limit the multiple scattering of the produced particles inside the geometrical acceptance, the sensors and the MVD have to operate in a moderate vacuum. The sensors are thinned down to a thickness of 50 µm and, to achieve a maximum polar angle coverage, they are glued onto both sides of dedicated thin carriers. These carriers, which are made of highly thermally conductive materials such as CVD diamond or encapsulated TPG, allow efficient extraction of the power produced in the sensors. This enables their operation at temperatures well below 0 °C as suggested by corresponding radiation hardness studies. Dedicated actively cooled aluminum-based heat sinks are positioned outside of the acceptance to dissipate the heat produced by the sensors and the front-end electronics. The design of the MVD, including the realistic thicknesses of the integrated materials, has been developed and refined in the context of this thesis. It has been transformed into a unique software model which is used to simulate and further optimize the mechanical and thermal properties of the MVD, as well as in sophisticated physics simulations. The model allowed evaluation of the material budget of each individual MVD station in its geometrical acceptance. The calculated averaged material budget values stay well below the material budget target values demanded by the physics cases. The thermal management of the MVD has been simulated on the level of a quadrant of each MVD station – four identically constructed quadrants are forming an MVD station – taking into account material properties of the sensors, the glue and the sensor carrier. The temperature gradients across the pixels of a given sensor area in the direction of the rows and columns were found to be in an acceptable range of below 5 K. A temperature difference between the thermal interface area and the maximum sensor temperature of dT = 5 K on the first and a value of dT = 40 K on the fourth MVD station has been thermally simulated assuming a sensor power dissipation of 0.35 W/cm², highlighting the need to optimize the thermal interface between the involved materials as well as the power dissipation of the sensors. The feasibility of several key aspects required for the construction phase of the MVD has been investigated within the MVD Prototype project. The construction of the MVD Prototype allowed evaluation, testing and validation of the handling and the double-sided integration of ultra-thin sensors – the required working steps for their integration have been specified, evaluated and successfully established – as well as their operation in the laboratory and during a concluding in-beam test using high-energetic pions provided by the CERN-SPS. The thermal characterization of the MVD Prototype during its operation – in a temperature range from [5 °C; 25 °C], not in vacuum – confirmed the corresponding thermal simulations conducted during its design phase and substantiated the results of the thermal simulations for the design of the MVD. The aim of a material budget value of only x/X_0 ~ 0.3% for the MVD Prototype has been accomplished. Analyzing the in-beam data, the nominal sensor performance parameters were successfully reproduced, demonstrating that the proposed integration process does not impair the sensors’ performance. Moreover, no evidence of potential impact on the sensors’ performance arising from mechanical weaknesses of the MVD Prototype mechanics has been found within the analyzed data. Based on the MVD Prototype and the simulations of the material budget as well as the thermal management, this thesis evaluated the work packages, procedures and quality assurance parameters needed to set up the starting version of the MVD and addressed open questions as well as critical procedures to be studied prior to the production phase of the detector, emphasizing the evaluation of the cooling concept in vacuum and the integration of sensors in ladder structures on both sides of the quadrants of the MVD stations.Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die mechanische Integration des Mikrovertexdetektors (MVD) des Compressed Baryonic Matter (CBM)-Experimentes entwickelt. Das CBM-Experiment, welches an der zukünftigen Beschleuniger-Anlage FAIR aufgebaut wird, bezweckt das Phasendiagramm stark wechselwirkender Materie in der Region eines hohen baryo-chemischen Potentials bei zeitgleichen moderaten Temperaturen zu erforschen. Diese Bedingungen werden mithilfe von Schwerionenkollisionen, die gleichzeitig durch elementare Reaktionen unterstützt werden sollen, in einem Strahl-Energiebereich von 2 bis zu 45 AGeV erreicht. Die Messungen, die am LHC (CERN) und am RHIC (BNL = nicht innerhalb des Beam Energy Scan-Programms) mit Schwerionenexperimenten durchgeführt werden, zielen darauf ab, die Eigenschaften des Phasendiagrammes bei minimalem baryochemischem Potential und hohen Temperaturen zu untersuchen. Die hohen Strahlintensitäten an FAIR werden es dem CBM-Experiment erstmalig ermöglichen systematische Untersuchungen von seltenen Teilchen vorzunehmen. Neben anderen Teilchensorten, sollen hauptsächlich Teilchen mit schweren (charm-)Quarks verwendet werden, da diese bis zu ihrem Zerfall den vorherrschenden Bedingungen ausgesetzt sind und somit eine vielversprechende Observable des erzeugten Mediums darstellen. Spezielle Anforderungen werden dadurch an den Detektor gestellt, dass die Zerfallsteilchen dieser seltenen Observable infolge einer jeden Nukleon-Nukleon-Kollision in einer hohen Anzahl sowohl durch Teilchenzerfälle entstehen als auch direkt erzeugt werden und somit zu einem hohen Signaluntergrund beitragen. Die notwendige hohe Interaktionsrate erfordert einen innovativen Detektor mit einer ausgezeichneten Ortsauflösung, möglichst dünnen Detektorstationen, einer hohen Strahlenhärte und einer hohen Ratenfestigkeit. Diese Anforderungen sollen mit dem MVD umgesetzt werden, der aus vier planaren Stationen bestehen wird, die in Abständen von 50, 100, 150 und 200 mm zum Target positioniert werden. Die geometrische Akzeptanz, die von jeder MVD-Station mit dem aktiven Bereich der Sensoren überdeckt werden muss, ist von CBM mit einem Polarwinkelbereich von [2,5°; 25°] vorgegeben; hierbei müssen die MVD-Stationen gleichzeitig ein minimales Material-Budget aufweisen. Die erwartete Strahlintensität in der Nähe zum Target erfordert eine Sensortechnologie, die über eine Strahlenhärte von mehr als 1 Mrad gegenüber ionisierender und 10^13 n_eq/cm² gegenüber nicht-ionisierender Strahlung sowie über eine hohe Auslesegeschwindigkeit verfügt; diese Eigenschaften werden aktuell hauptsächlich von Monolithic Active Pixel Sensors bereitgestellt. Die Dimensionen der zukünftigen Sensoren definieren das Layout des Detektors, welche zur Reduzierung der Vielfachstreuung der produzierten Teilchen innerhalb der geometrischen Akzeptanz in einem moderaten Vakuum betrieben werden müssen. Die maximale Abdeckung der Akzeptanz wird durch die doppelseitige Integration der Sensoren auf spezialisierten und dünnen Sensorenträgern gewährleistet. Die Sensorenträger, die aus hoch-wärmeleitfähigen Materialien, wie zum Beispiel CVD-Diamant oder eingefasstem Thermal Pyrolithic Graphite bestehen, ermöglichen die Ableitung der von den Sensoren erzeugten Verlustleistung aus der Akzeptanz des Detektors und deren Operation bei Temperaturen von unter 0 °C. Die außerhalb der Akzeptanz positionierten aktiv gekühlten Aluminium-Kühlsenken gestatten das Abführen der von den Sensoren und der in deren Nähe positionierten Ausleseelektronik erzeugten Verlustleistung. Anhand dieser Anforderungen wurde in der vorliegenden Arbeit eine detaillierte Geometrie des MVDs entwickelt. Diese Geometrie wurde in eine Darstellung übertragen, die es ermöglicht, das mechanische und thermische Verhalten des MVDs zu simulieren und zu optimieren, und die in differenzierten Physiksimulationen eingesetzt werden kann. Mit dieser Darstellung konnte das Material-Budget der einzelnen MVD-Stationen untersucht werden und die extrahierten und über die definierte Akzeptanz gemittelten Werte des Material-Budgets zeigen, dass die festgelegten Zielwerte für die jeweiligen MVD-Stationen unterboten werden konnten. Das thermische Verhalten der durch die Sensoren, den Kleber und die Sensorenträger gebildeten Einheit wurde für jede MVD-Station simuliert. Dabei konnten die Temperaturgradienten entlang der Pixelspalten und Pixelzeilen der Sensoren zu je weniger als 5 K bestimmt werden; diese liegen in einem akzeptablen Bereich. Die Differenz zwischen der maximalen Sensortemperatur und der an der thermischen Kontaktfläche gemessenen Temperatur (-20 °C) betrug auf der ersten MVD Station 5 K und auf der vierten Station 40 K; die Notwendigkeit zur Optimierung der Temperaturübergänge zwischen den Materialien sowie der Verlustleistung der Sensoren ist somit gegeben. Die Realisierung von wichtigen Kriterien für die Konstruktionsphase des MVDs wurde im Rahmen des MVD Prototyp-Projektes untersucht. Die Konstruktion des MVD Prototypen ermöglichte die Erprobung der Handhabung und der doppelseitigen Integration von dünnen Sensoren, deren Verklebung sowie deren Betrieb im Labor und während einer Teststrahlzeit mit minimal ionisierenden Teilchen (Pionen) am CERN-SPS. Die thermische Charakterisierung des MVD Prototypen während dessen Betriebs – in einem Temperaturbereich von [5 °C; 25 °C], nicht im Vakuum – bestätigte die durchgeführten thermischen Simulationen während der Planungsphase und bekräftigte die Ergebnisse der thermischen Simulationen für das Design des MVDs. Das Material-Budget-Ziel des MVD Prototypen von nur maximal x/X0 = 0,3% konnte erreicht werden. Die Analyse der in der Teststrahlzeit gewonnenen Daten zeigte, dass die intrinsische Auflösung der Sensoren reproduziert werden konnte. Dabei konnte kein Einfluss des angewendeten Integrationsprozesses auf die Funktionstüchtigkeit der Sensoren festgestellt und die mechanische Stabilität der Halterung der Sensoren bestätigt werden. Basierend auf dem MVD Prototypen und den durchgeführten Simulationen des thermischen Managements und des Material-Budgets wurden in dieser Arbeit wichtige Arbeitsschritte, Prozeduren und Qualitätssicherungsaspekte, die für die Konstruktion des MVDs am SIS100 von entscheidender Bedeutung sind, diskutiert und wichtige Fragen wie zum Beispiel die notwendige Evaluierung des Kühlkonzeptes im Vakuum sowie der Integrationsprozess von Sensoren in Leiterstrukturen auf beiden Seiten der Quadranten der MVD-Stationen beleuchtet

Semi-Classical Hamiltonian Daemons

Hamiltonian daemons allow the transfer of energy from systems with very fast degrees of freedom to systems with slower ones across several orders of magnitude. They act on small scales and can be regarded as micro-engines. Such daemons were previously described in the classical as well as the quantum me- chanical regime. In this thesis the semi-classical regime is examined, where quantum phenomena occur as corrections to classical systems. Here, the focus is on numerical simulations. First some introductory models are examined. They are concerned with quantum tunneling, since it occurs as an important quantum correction, as well as with the capture and decay of bound states, since this represents the transition between the dynamical phases of a daemon: adiabatic decoupling and downconversion. The examinations are carried out using wave functions, as solutions to the Schrödinger equation, and by means of Wigner functions in a quantum mechanical phase-space in the framework of the Weyl-Wigner-Groenewold-Moyal formalism. For one these Wigner functions are computed from the wave functions, but they are also obtained from a numerical method based on the Moyal equation, which will be introduced here. After developing this methodology, it is employed in the study of a daemon system with a tilted washboard potential. The daemon behavior is studied with regards to quantum corrections, especially in phase-space and concerning Kruskal’s theorem, which describes the capture of phase-space flow via a time-dependent separatrix. Lastly the semi-classically quantized phase-space will be discussed as a basis for a combined description of both classical and quantum daemons. The behavior of the energy spectrum in the deep quantum regime is explained by dynamical tunneling pro- cesses.Hamiltonsche Dämonen ermöglichen es Energie von Systemen mit sehr schnellen auf solche mit langsameren Freiheitsgraden zu übertragen, auch über viele Größenordnun- gen der entsprechenden Zeitskalen hinweg. Sie agieren auf kleinsten Skalen und können als Mikromotoren angesehen werden. Bisher wurden solche Dämonensysteme im klassischen sowie im quantenmechanischen Bereich beschrieben. In dieser Arbeit wird nun der semi-klassische Bereich untersucht, in dem Quantenphänomenen als Korrektur an klassischen Systemen auftreten. Das Au- genmerk liegt hierbei auf numerischen Simulationen. Untersucht werden zunächst einführende Modelle die sich mit dem Tunneleffekt be- fassen, da dieser als bedeutende Quantenkorrektur auftritt, sowie mit dem Gewinn und Zerfall gebundener Zustände, da dies die Übergänge zwischen den dynamischen Phasen eines Dämons – adiabatische Entkopplung und Downconversion – darstellt. Die Untersuchungen erfolgen numerisch anhand von Wellenfunktionen aus der Schrö- dinger-Gleichung und mittels Wignerfunktionen in einem quantenmechanischen Phasen- raum im Rahmen des Weyl-Wigner-Groenewold-Moyal-Formalismus. Die Wignerfunk- tionen werden zum Einen aus den Wellenfunktionen berechnet, zum Anderen kommt eine numerische Methode auf Grundlage der Moyalgleichung zum Einsatz, welche hier vorgestellt wird. Die so erarbeitete Methodik wird anschließend zur Betrachtung eines Dämonsystems mit tilted washboard-Potential eingesetzt. Untersucht wird das Verhalten des Dämon im Hinblick auf auftretende Quantenkorrekturen, insbesondere im Phasenraum und bezüglich des Kruskal-Theorems, welches den Einfang von Phasenraumfluss durch eine zeitlich veränderliche Separatrix beschreibt. Der semi-klassisch quantisierte Phasenraum wird schließlich als Grundlage einer kom- binierten Beschreibung von klassischen und quantenmechanischen Dämonen diskutiert. Das Verhalten des Energiespektrums im tiefen Quantenbereich wird hier durch dyna- misches Tunneln erklärt