量子证据 / 运动发光体

沟道射线 Doppler 光谱仪

收集穿孔阴极后方的氢原子发光。把接收臂从前向转到后向，记录位移与静止分量，估计运动原子的动能。

单能中性氢教学束与静止发光体，采用取整的真空静止波长、相对论光运动学和 Gaussian 谱线响应。未重建电荷交换、放电场、能量分布或历史照相记录。

装置示意 · 间隙与部件放大 · 颜色与移动标记不代表可见光或实测轨迹。拖动旋转。

曝光 / 两组独立计数

让光谱留下记录。

每个坐标均采集信号曝光和独立参考曝光：整线通量监测。曝光时间决定 Poisson 噪声，扫描播放经过加速。

就绪。先预测，再采集。

记录点数

0

运动分量频移 · 源参考

0

原子速度 · 源参考

0

采集光谱 / 每秒计数

什么结构能留在测量里？

$\Delta\nu/\mathrm{THz}$ · $N_i/\tau_i\;(\mathrm{s^{-1}})$

青色：源期望；金色：采集计数率，有拟合后显示拟合的 Poisson 标准差；紫色虚线：从记录推断；灰点：保存记录。包含背景计数。

点击或拖动移动探针；滑块支持键盘输入，纵轴随数据调整。

推断 / 联合 Poisson 似然

从两次曝光共同估计。

估计原子动能

\text{—}

估计源计数率

\text{—}

每自由度偏差量

\text{—}

全部静止备选模型

\text{—}

$r_i=(N_i-\widehat\mu_i)/\sqrt{\widehat\mu_i}$

金色：信号残差；蓝色：参考残差。线宽、观察角、分析器或静止比例及背景已知；源计数率和目标磁场或动能未知。至少需要十六个不同探测位置。描述性残差和偏差量不证明可识别性，不提供置信区间或发现显著性。

保留最初的计数。

在当前页面会话中保存完整或部分实验，以及设置和随机种子。

#	$\Delta\nu/\mathrm{THz}$	信号	整线通量监测	$\tau/\mathrm{s}$

显示最近六点；CSV 包含全部原始计数、曝光、设置、单位和种子。移动探针不会改变已采集记录。

科学范围、装置几何与主要来源

原子沿场景正横轴运动。角度在实验室系中定义，为原子速度与指向计数器的光路夹角。前向观察使运动分量频率升高，后向使其降低；直角方向保留的时间膨胀位移远小于所选线宽，视觉上合并的光谱可能只给出很弱或落在边界的估计。

放电区与穿孔阴极示意正电前驱粒子如何进入下游发光束。发光模型是中性氢，不是裸质子的光谱；输入为中性原子动能，不是测得的放电电压。中性化与激发只作位置提示，未求解碰撞、电荷交换或前驱离子的荷质比。

取整的 486.3 nm 真空波长代表孤立的类 Balmer 跃迁，不是同位素或精细结构质心。氢质量取质子与电子质量之和，忽略结合质量。运动谱线按实验室收光角采用完整相对论 Doppler 运动学。静止分量占比是该接收臂所收光子的设定比例，不是放电布居的计算值；束射效应与角向通量被吸收到此比例和源计数率中。

两分量采用相同 Gaussian 半高全宽，未积分速度分布或收光角；每个光谱通道积分 0.15 THz。整线参考在同一接收臂上旁路光谱选择器。计数器接收光，原子继续进入单独的束流挡板。装置为示意，不重建 Stark 历史放电管、照相底片、数据或当时对发光电荷态的解释。

独立 Poisson 曝光、背景标定已知、源稳定；未包含漂移、死时间或标定不确定度。源采用所示模型，恢复参数验证模拟器，而非历史发现。

Stark 1906 · original report preview UCSD · laboratory-angle Doppler derivation Nobel · 1919 contribution

先抓重点

核心问题: 沿着原子运动，看谱线移动。
一句话直觉: 保留信号和参考计数，用联合 Poisson 似然拟合，并从同一批记录估计源计数率。

核心数学模型

能量决定速度

\gamma=1+\frac{K}{m_{\mathrm H}c^2},\qquad\beta=\sqrt{1-\gamma^{-2}}

控件动能属于运动的中性发光体，不重建放电电势。

使用实验室角度

\nu=\frac{\nu_0}{\gamma(1-\beta\cos\theta)},\qquad\Delta\nu=\nu-\nu_0

角度为实验室系中原子速度与出射光子的夹角；直角观察仍保留很小的横向红移。

区分运动与静止发光

g_i=f_0 G_i(0,w)+(1-f_0)G_i(\Delta\nu,w)

静止分量比例在此逆问题中独立已知；两分量都在每个标定通道内积分。

两次独立曝光

N_i\sim\operatorname{Poisson}\!\left[\tau_i(Sg_i+b)\right],\qquad M_i\sim\operatorname{Poisson}\!\left[\tau_i(S+b)\right]

背景计数率独立已知，源计数率与光谱参数联合推断，包含参考曝光不确定度；计数不使用 Gaussian 取整近似。

常见难点

恢复参数不等于发现

容易误解拟合好就独立验证了生成数据的定律。

正确理解源响应是预设的；参数恢复验证合成测量流程。描述性偏差量和残差不是置信区间、显著性检验或外部科学认证。

动手实验

01
采集前向光谱
扫描并保存计数，检查拟合动能。
应该观察到： 静止分量与位移分量出现在同一采集光谱。
02
移动接收器
选择后向观察，重新采集。
应该观察到： 位移分量转到负频移一侧，原子速度仍指向前方。
03
追问能推断什么
比较直角观察与没有运动发光体的预设。
应该观察到： 横向分辨能力很弱；没有运动光子时动能不可识别，不报告估计。