30-EFT.WP.Propagation.TensionPotential v1.0 | 第11章 验证实验与对标数据集

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第11章 验证实验与对标数据集

I. 一句话目标

一句话目标：以可复现的实验与数据基准验证 Phi_T(x,t)、n_eff(x,t,f) 与到达时 T_arr 的建模正确性，量化两口径一致性、下界可行域、path term 可分离性、层间接口匹配与各向异性响应，并给出否证判据与审核流程。

II. 范围与非目标

• 覆盖内容：验证维度与指标、实验设计总则、六类实验组（A…F）、对标数据集（D1…D5）、统计方法、复现与审计规范、否证线与报告要求。
• 非目标：不重新推导第3章的方程、不取代第7章的计量与不确定度流程、不提供装置级机械与电学细节。

III. 术语与符号最小集

• 观测与模型：T_arr_obs(f, gamma)，T_arr_mod(f, gamma)，Residual = T_arr_obs − T_arr_mod。
• 两口径一致性：eta_T = | T_arr^{const} − T_arr^{gen} |。
• 下界：LB = L_path / c_ref（常量外提口径语义，一般口径等价存在于被积函数中）。
• 频带差分：ΔT_arr(f1,f2) 用于隔离 path term。
• 界面与匹配：Sigma，C_sigma，J_sigma，R_sigma，T_trans（与 T_fil 严格区分）。
• 不确定度：u_stat，u_sys，合成 u_c，保守带 GB = k_guard · u_c。

IV. 验证维度与指标定义

• M1 到达时残差：Residual(f, gamma) = T_arr_obs − T_arr_mod，报告 mean(Residual) 与 std(Residual)，及归一化 z = Residual / u_c 的分布。
• M2 两口径一致性：eta_T，要求 eta_T ≤ 阈值；若超限，回溯 c_ref 标定与 n_eff 分解（见第7章）。
• M3 下界检查：验证 T_arr_obs ≥ LB；允许将边缘样本纳入 k·u_c 的容差带中，但需单独列示。
• M4 频带差分识别率：ΔT_arr(f1,f2) 与模型差分的相关系数与斜率；应在目标频带呈线性区或按第5章设定的多项式阶次吻合。
• M5 各向异性显著性：不同方位路径组的 ΔT_arr 对 dot( grad_Phi_T , t_hat ) 的回归显著性与效应量。
• M6 界面一致性：分段积分前后 T_arr 的差值、界面修正项触发率与幅度、能量一致 R_sigma + T_trans + A_sigma = 1。
• M7 收敛与稳定：细化比 r 下误差斜率，| T_arr^{(fine)} − T_arr^{(coarse)} | ≤ eps_T。
• M8 复现与审计：哈希一致、日志完整、随机种子与坐标/单位契约可重放。

V. 实验设计总则

• 同一口径优先：除非声明，一律优先常量外提口径；如 c_ref 与频带/状态存在可测弱相关，则使用一般口径并在输入层提供 c_ref(x,t,f) 的估计与不确定度。
• 多频带×多路径：同一路径多频带用于分离 n_common 与 n_path；多路径用于识别几何与介质差异及各向异性。
• 界面显式化：界面处分段积分，记录 { ell_i } 与修正项；严禁跨界面插值。
• 双法核验：GUM 与 MC 双路径给出 u_c 与分位数；MC 用可播种随机源。
• 日志最小集：hash(Phi_T), hash(grad_Phi_T), hash(n_eff), hash(gamma), SolverCfg, mode, eps_T, eta_T, GB, u_c，以及坐标与单位契约。

VI. 实验组 A｜到达时下界与两口径一致性

1. 目标：验证 T_arr ≥ LB 与 eta_T 的一致性阈值。
2. 步骤
   • A1：基准路径 gamma_ref 标定 c_ref；
   • A2：在均匀/缓变介质中测量多条路径；
   • A3：两口径分别计算 T_arr_mod 并比较 eta_T。
3. 通过条件：T_arr_obs − LB ≥ −k·u_c 且 eta_T ≤ 阈值；失败样本进入否证清单。

VII. 实验组 B｜频带差分隔离 path term

1. 目标：在同一路径上用 ΔT_arr(f1,f2) 消去 n_common，检验 n_path 的频带结构。
2. 步骤
   • B1：选择频点 f1,f2,…，满足第5章设定的带宽假设；
   • B2：测量 T_arr_obs(fm) 并计算差分；
   • B3：拟合 n_path 的多项式系数并对比模型 ΔT_arr_mod。
3. 通过条件：相关系数与斜率在阈值内，带外泄漏残差计入 u_sys，整体差分落在 GB 内。

VIII. 实验组 C｜各向异性检测

1. 目标：识别 b1 · dot( grad_Phi_T , t_hat ) 项是否显著（见第5章）。
2. 步骤
   • C1：设计不同入射方位的路径扇区 { gamma_a }；
   • C2：回归 ΔT_arr 对 dot( grad_Phi_T , t_hat )；
   • C3：对照无定向模型与含定向模型的 BIC/AIC 差异。
3. 通过条件：显著性通过且过拟合指标受控；否则回退为各向同性近似。

IX. 实验组 D｜层间接口与分段积分

1. 目标：验证 Sigma 上的匹配条件与修正项。
2. 步骤
   • D1：识别界面，分类为连续/势跃迁/通量跃迁/各向异性接口；
   • D2：分段积分与零厚度修正项对比；
   • D3：能量一致性 R_sigma + T_trans + A_sigma = 1 检验。
3. 通过条件：分段与修正差值低于阈值、能量一致成立、n_eff ≥ 1 在两侧同时满足。

X. 实验组 E｜参照速度与漂移稳健性

1. 目标：检验 c_ref 标定的稳定性与跨环境漂移。
2. 步骤
   • E1：在不同环境块（温湿度、时标源）重复标定 c_ref；
   • E2：交叉套用于独立路径集；
   • E3：监测随时间的漂移曲线。
3. 通过条件：c_ref 的漂移在设定带内，跨套用的 eta_T 仍满足阈值。

XI. 实验组 F｜噪声注入与稳健性（含 TBN）

1. 目标：评估 TBN(x,t) 对 n_eff 与 T_arr 估计的影响与稳健性。
2. 步骤
   • F1：在仿真中注入已标定的宽带噪声，控制 SNR；
   • F2：重复估计 n_common 与 n_path 并比较参数漂移；
   • F3：报告 u_sys 的增量与触发的夹持比例。
3. 通过条件：关键指标 M1…M4 在 GB 内，夹持触发率受控并记录。

XII. 对标数据集（D1…D5）

• D1 均匀介质集：n_eff ≡ 1；用于端到端量纲与下界核查。
• D2 线性势梯度集：Phi_T = Phi_0 + a · x；有解析近似，检验步长与误差控制。
• D3 双层界面集：两层常数 n_eff 与可选修正项；验证分段与匹配。
• D4 各向异性通道集：给定 grad_Phi_T 与 t_hat 角分布；用于检测 b1 的显著性。
• D5 频带色散集：多频点覆盖带宽，按第5章设定阶次生成 n_path；用于差分与带外抑制评估。

元数据最小集：coords_spec，units_spec，f_grid，gamma[k], Δell[k], t_hat[k]（可选），Sigma 与界面标签，c_ref 或其标定对，hash(Phi_T), hash(n_eff)，许可与引用口径。

XIII. 统计方法与否证判据

1. 假设与检验
   • H0：两口径一致，eta_T 的期望不超过阈值。
   • H0：T_arr_obs ≥ LB。
   • H0：ΔT_arr 与模型差分在带内线性区吻合。
   • H0：界面能量一致与 n_eff ≥ 1 成立。
2. 通过/否证规则
   • 任一 H0 拒绝且排除计量/实现错误，则记录为否证样本；
   • 连续三次独立复现实验否证同一维度，触发模型或公设层的复审（第2章 P20-*）。

XIV. 可追溯与复现

• 工件打包：数据、代码、参数、随机种子、契约、日志的最小集合，生成哈希清单。
• 重放入口：提供 runlist 与 SolverCfg 快照，支持一键重放。
• 审计视图：指标时间序列、否证样本列表、界面触发统计与能量一致性余量。

XV. 审计与报告

1. 报告结构
   • 概览：数据集、路径、频带、模式与阈值；
   • 指标：M1…M8；
   • 否证线：失败用例与原因归类；
   • 复现：哈希、种子、契约与日志引用。
2. 发布口径：结果以 mean ± k·u_c 报告；涉及差分时同步给出相关系数与带外残差。

XVI. 交叉引用

• 《EFT.WP.Propagation.TensionPotential v1.0》第3章，第5章，第6章，第7章，第8章，第9章
• 《EFT.WP.Core.Metrology v1.0》M05-，M10-
• 《EFT.WP.Core.Errors v1.0》M20-*
• 《EFT.WP.Core.Equations v1.1》S06-*

XVII. 产出物

• 验证清单与脚本约定：实验组 A…F 的步骤与输入输出定义。
• 对标数据集规范：D1…D5 的元数据字段与打包口径。
• 审计模板：指标面板、否证清单、重放说明与哈希清单。