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燕京大学,国家重点物理实验室,地下三层,某间代号为“深渊九号”的超大型实验室内。

与上午理论考场那“庄严肃穆中带着一丝丝‘学渣末日’悲壮感”的氛围不同,此刻的“深渊九号”实验室内,空气仿佛被抽干了最后一丝氧气,只剩下令人窒息的凝重、以及……一种混合了茫然、恐惧、和“我是不是走错片场了”的荒诞感。

数百名来自全国各地的顶尖物理天才,此刻正如同被无形枷锁固定在各自的实验台前。这些实验台,每一个都像是一个独立的小型战场,上面摆满了各种闪烁着冰冷金属光泽的仪器、颜色各异的导线、以及一些用途不明,但看起来就“不明觉厉”的玻璃器皿和神秘装置。

墙壁上的大型液晶显示屏,冷冰冰地倒数着实验开始的时间:

“距物理实验考试正式开始,还有:00小时05分00秒。”

“咕咚。”

不知是谁,艰难地咽了口唾沫,那声音在这死寂得近乎诡异的实验室里,清晰得如同在每个人耳边打了个响指。

“小……小法拉第……哦不,周凯同学……”一个来自江南省代表队,与秦风和周凯同行的,平时以沉稳冷静着称的学霸,此刻声音也带着一丝不易察觉的颤抖,他推了推鼻梁上那厚厚的眼镜,压低声音对旁边的周凯说道,“我……我怎么有种……有种不太美妙的预感?我感觉……我感觉今天下午这物理实验,可能……可能比上午那两场地狱级理论加起来还要……还要命啊!”

“小法拉第”周凯同学,此刻正双手合十,闭目凝神,嘴里念念有词,表情虔诚得如同在向宇宙真理祈祷:“伟大的牛顿爵士,请赐予我洞察万物运动的智慧;慈悲的爱因斯坦先知,请指引我理解时空弯曲的奥秘;仁慈的麦克斯韦大神,请保佑我的电磁场计算不要出错;还有……还有可爱的薛定谔的猫……求求你,待会儿千万别从哪个实验仪器里突然跳出来吓唬我……”

他旁边的学霸闻言,嘴角不由得狠狠抽搐了几下,心想:“周凯这家伙,怕不是被上午的理论考试给刺激得精神失常,开始进行‘跨次元召唤物理学祖师爷’的神秘仪式了吧?”

而作为江南省代表队的“定海神针”(刘爱国老师语),秦风此刻却依旧是那副云淡风轻,从容不迫的模样。他好整以暇地打量着自己面前这个堪称“豪华升级版”的实验台,眼神中非但没有丝毫的紧张和慌乱,反而……带着一丝若有若无的……好奇与期待?

是的,你没看错,是好奇与期待!

仿佛他面对的不是一场决定未来命运,堪称“炼狱级”的物理实验竞赛,而是一个……嗯,刚刚到手的新款乐高玩具,还是带全套声光电特效和隐藏彩蛋的那种。

“秦风!秦风!我的小祖宗哎!”一个熟悉的声音,如同鬼魅般,悄无声息地出现在秦风身后。

秦风不用回头都知道,肯定是自家那位操心操到头发都快掉光了,此刻正处于“考前焦虑症mAx”状态的班主任刘爱国同志。

只见刘爱国同志,此刻正猫着腰,踮着脚尖,以一种堪比特工潜入的姿势,从实验台的挡板后面探出半个脑袋,手里还提着一个……嗯,看起来像是刚从哪个五金店淘来的,崭新的……电工绝缘手套?还有一副……防毒面具?!

“秦风啊!”刘爱国压低声音,语气急促而神秘,活像在接头传递重要情报,“老师我刚才去跟组委会的后勤打听了一下!据说啊,今天下午这物理实验,题目……题目是‘骨灰级pro max plus Ultra典藏纪念版’的难度!而且,实验过程中,可能会涉及到一些……一些‘高压电’、‘强磁场’、甚至……甚至‘微量放射性物质’的操作!”

说着,他不由分说地将那双崭新的电工绝缘手套塞到秦风手里,又将那个看起来就很有“安全感”的防毒面具往秦风脸上一套,语重心长地说道:“这个!这个你必须戴上!安全第一!比赛第二!万一……我是说万一啊,实验过程中发生了什么‘不可预料的物理现象’,比如什么‘小型时空涟漪’啊,‘亚原子粒子风暴’啊,或者哪个倒霉蛋不小心搞出了个‘微型黑洞’什么的……有这身装备,至少能保证你……嗯,能留个全尸,方便老师我向你爸妈交代!”

秦风:“……”

他默默地摘下那个几乎能把他憋死的防毒面具,看着刘爱国那张写满了“我是认真的,我没有开玩笑,我真的很担心你会被某个物理现象给‘人道毁灭’”的脸,感觉自己额头的青筋,正在以一种“超光速膨胀”的速度,愉快地跳动着。

刘老师,您确定您不是猴子派来的,专门负责在考前用各种“黑科技”装备来挑战我心理承受极限的逗比吗?

还“微型黑洞”?您以为这是在拍《星际穿越》还是《三体》啊?

“刘老师,您放心,物理实验,我有分寸。而且,组委会应该会确保实验过程的绝对安全。”秦风哭笑不得地说道,试图将自家班主任那颗因为过度焦虑而开始“放飞自我”的心给拉回来。

“哎呀!你这孩子!怎么就不听劝呢!”刘爱国急得直跺脚,“小心驶得万年船!你看看人家其他省的选手,哪个不是严阵以待,如临大敌!就你小子,还跟没事人似的!我跟你说,这次物理实验,可是由中科院物理所的那个‘物理阎王’张院士,联合了好几个国家重点实验室的‘老变态’……咳咳,是‘老专家’,共同设计的!据说啊,他们为了这套题目,闭关了整整三个月!就是为了要……要‘筛选出真正的,能够在极端条件下创造奇迹的物理学未来领军人物’!”

刘爱国说到最后,自己都忍不住打了个哆嗦,显然是被自己脑补的那些“恐怖画面”给吓到了。

秦风闻言,眼中却闪过一丝不易察觉的精光。

“物理阎王”张院士?联合好几个国家重点实验室的“老专家”?闭关三个月?

有意思!

看来,今天下午这场物理实验,绝对不会让他失望了!

就在这时,实验室内墙壁上的大型液晶显示屏,倒计时终于归零!

紧接着,一道威严而洪亮的声音,通过广播系统,传遍了整个“深渊九号”实验室的每一个角落:

“各位同学,请肃静!全国中学生奥林匹克竞赛——物理实验操作考试,现在正式开始!”

“本次实验考试时间为四个小时!实验题目共分为三个部分,每个部分都有其独特的挑战性和评分侧重点!请各位同学仔细阅读实验说明书,严格按照操作规范进行,注意实验安全,合理分配时间!”

“在这里,我代表物理竞赛组委会,以及所有参与本次实验命题的专家学者,预祝各位……嗯,能够活着走出这个考场!不,是预祝各位能够取得优异的成绩,展现出你们最卓越的才华与智慧!”

“现在,请各位同学,翻开你们面前实验台上的……‘潘多拉魔盒’吧!”

随着主考官那带着一丝“恶趣味”和“幸灾乐祸”意味的结束语落下,所有考生的心,都提到了嗓子眼!

他们颤抖着手,缓缓地,如同在进行某种神圣而又充满危险的仪式般,翻开了那份用牛皮纸袋密封的,厚厚的实验说明书。

当实验题目的全貌,如同史前巨兽般,展现在所有考生面前时——

整个“深渊九号”实验室,瞬间陷入了一种比宇宙背景辐射还要冰冷的……死寂!

如果说上午的数学竞赛和物理理论考试是“地狱级”难度,那么现在这份物理实验题目,简直就是……就是“地狱十八层VIp包厢直通车,外加单程宇宙奇点观光体验券”的难度!

实验题目:基于量子弱测量原理的微小引力效应精密探测及其在“第五种力”搜寻中的应用探索

实验背景简介: 量子弱测量(quantum weak measurement)是一种新兴的量子测量技术,它通过对量子系统进行一系列“微弱”的相互作用和后选择(post-selection),能够在不显着扰动系统本身状态的前提下,以极高的精度放大某些微小物理量的期望值。近年来,量子弱测量技术在精密测量领域展现出巨大的潜力,尤其是在探测那些极其微弱,甚至被经典测量噪声所淹没的物理效应方面,例如……

实验任务:

第一部分:量子弱测量原理验证与放大效应标定(40分)

利用提供的基础光学组件(包括偏振片、波片、分束器、反射镜等)和简易激光干涉模块(基于马赫-曾德干涉仪原理,光路稳定性欠佳,需自行精密调节),设计并搭建一套能够演示“量子指针”弱测量放大效应的基本光路。

选择合适的“预选择”和“后选择”偏振态,通过精密调节干涉仪的相位差(可利用提供的压电陶瓷微调平台,但其线性度和迟滞效应需自行标定),观测并记录“量子指针”(例如光斑的横向位移)的放大倍数与后选择角度之间的关系曲线。

对实验数据进行拟合分析,验证弱测量理论中关于放大倍数的理论公式,并对可能存在的系统误差和随机误差进行初步评估。

第二部分:基于弱测量放大的微小扭转角精密探测(60分)

将第一部分搭建的弱测量光路,与提供的扭摆装置(核心扭丝为特制高灵敏度石英纤维,但极易受环境温度和气流扰动影响,扭转常数K值需在极微小角度范围内精密标定)进行耦合。

设计一种方案,将被测质量块(提供多种不同材质和质量的微小球体,需自行选择)之间极其微弱的引力(或你认为可能存在的其他未知微弱相互作用力)所引起的扭摆微小转角,通过弱测量光路进行高倍数放大,并利用ccd图像传感器进行精确记录。

在存在显着环境噪声(实验室未进行特殊隔震和气流屏蔽)和仪器不稳定性(激光器功率漂移、ccd暗电流噪声等)的条件下,尝试提取出淹没在噪声中的微弱扭转信号,并估算出其角位移的量级。

第三部分:实验方案创新与“第五种力”搜寻的初步构想(开放性加分题,最高20分)

针对本次实验中遇到的主要困难和限制(如环境噪声干扰、仪器精度不足、弱信号提取困难等),提出至少两种具有创新性的改进方案或全新的实验设计思路,并简要论述其可行性与预期效果。

结合当前粒子物理与宇宙学中关于“第五种力”或“新规范玻色子”的某些理论猜想(可自行查阅相关背景资料,或基于自己的理解进行合理推测),尝试构想如何利用类似的量子弱测量精密探测技术,在实验室尺度下搜寻可能存在的,由“第五种力”引起的,偏离牛顿万有引力定律的微弱反常相互作用。阐述你的实验原理、关键技术挑战、以及预期的信号特征。

提供器材(部分关键器材说明):

高灵敏度石英扭丝(直径5-10微米,长度可调,极易断裂,抗干扰能力差)

压电陶瓷微调平台(行程范围微米级,但存在显着的非线性效应和蠕变)

氦氖激光器(单模输出,但功率稳定性随时间漂移,且存在模式跳跃现象)

高精度ccd图像传感器(像素尺寸微米级,但存在较高的读出噪声和暗电流)

真空杜瓦瓶(可提供一定的温度隔离,但真空度维持时间有限)

各种微小质量球体(材质包括钨、金、硅、有机玻璃等,质量毫克级至克级不等,部分球体表面可能存在静电荷,需自行处理)

特别注意:实验室内存在显着的地面微震、空气流动、以及未屏蔽的工频电磁干扰。实验过程中,任何微小的操作失误或环境扰动,都可能导致实验数据的灾难性偏离!

当考生们逐字逐句地,如同阅读“天外魔神用宇宙射线刻在黑洞视界上的末日预言”一般,看完这份堪称“丧心病狂、惨无人道、令人发指、罄竹难书”的物理实验题目和器材清单后——

整个“深渊九号”实验室,彻底陷入了一种……比绝对零度还要冰冷的……宇宙热寂般的死寂!

紧接着,便是此起彼伏,连绵不绝,如同山崩海啸,世界末日降临般的……倒吸凉气声!以及……各种意义不明的,充满了绝望、崩溃、和对出题老师祖宗十八代亲切问候的……灵魂哀嚎!

“嘶——!!!量子弱测量?!第五种力?!我……我特么是在参加高中物理竞赛,还是在参加……参加诺贝尔奖评审委员会的秘密答辩啊?!”

“基于马赫-曾德干涉仪的量子指针弱测量放大效应?!还要用这个去耦合石英扭丝来探测微小引力?!出题老师,您是不是对‘高中生’这个物种的平均动手能力和理论水平,有什么突破天际的误解?!”

“高灵敏度石英扭丝!直径5-10微米!极易断裂!我……我感觉我呼吸稍微重一点,都能把它给吹断了!这还怎么做实验?!”

“压电陶瓷微调平台!存在显着的非线性效应和蠕变!氦氖激光器功率漂移还模式跳跃!高精度ccd高噪声还暗电流!这……这根本就不是在做实验!这是在用一堆‘定时炸弹’玩‘俄罗斯轮盘赌’啊!”

“最要命的是那个‘特别注意’!地面微震!空气流动!工频电磁干扰!这……这简直就是把我们扔进了一个正在刮十级台风的垃圾场里,然后让我们用一根头发丝去钓鱼,还要钓上来一条活蹦乱跳的蓝鳍金枪鱼啊!”

哀嚎声,抱怨声,以及各种充满了“生无可恋”和“世界毁灭吧,赶紧的”的负面情绪的吐槽声,在实验室内此起彼伏,形成了一曲悲壮、凄凉、足以让闻者伤心听者落泪的……“物理学劝退推广曲全球巡演燕京站实验专场震撼首演”!

来自京城附中的王牌选手李傲天,此刻脸色铁青,嘴唇哆嗦,他感觉自己的物理学三观,在这一刻,被这道题目给无情地、彻底地、反复地……按在地上摩擦,摩擦,摩擦出了宇宙大爆炸的火花!他原本还指望着在实验操作上扳回一城,找回自己作为“京城第一物理天才”的尊严,但现在看来……他感觉自己就像一只试图挑战哥斯拉的吉娃娃,除了汪汪叫几声,瑟瑟发抖之外,什么也做不了。

魔都队的“人形自走计算器”苏沐橙,那张清冷的俏脸上也罕见地布满了细密的汗珠,她手中的自动铅笔在草稿纸上疯狂地画着各种光路图和电路图,试图从那如同迷宫般的实验要求中,找到一丝丝微弱的突破口。但很快,她就绝望地发现,这道题的难度,已经远远超出了她所能理解和处理的范畴。这已经不是单纯的计算和逻辑问题了,这……这是对人类智慧极限的赤裸裸的挑衅!

“小法拉第”周凯同学,更是直接两眼一翻,很干脆地……晕了过去!

幸好他旁边的队友眼疾手快,一把扶住了他,才没有让他那颗充满了“物理学问号”的脑袋与坚硬的实验台进行一次亲密的“零距离接触”。

“完了……全完了……”扶着周凯的那个学霸,看着周围一片“世界末日”般的景象,以及手中那份堪称“物理学劝退圣经”的实验说明书,喃喃自语,眼神空洞,仿佛已经看到了自己物理竞赛生涯那悲惨的结局。

而秦风,在仔仔细细地将这份“信息量爆炸,难度系数突破天际”的实验说明书阅读了三遍之后,缓缓抬起了头。

他的眉头,微微蹙着,似乎在认真思考着什么。

但他的眼神中,却闪烁着一种……一种难以言喻的,如同在无尽黑暗中看到了一丝曙光,又如同在绝望沙漠中发现了一片绿洲般的……奇异光芒!

他那被【鹰眼级精密感知】能力强化到极致的感官,正在以一种常人无法想象的方式,疯狂地分析着实验台上的每一个仪器,每一个部件,甚至……空气中每一丝微弱的震动和气流!

“量子弱测量……微小引力效应……第五种力……”秦风的嘴角,勾起了一抹只有他自己才能理解的,充满了挑战与兴奋的弧度。

“有意思……太有意思了!”

“这……才像点样子嘛!”

他深吸一口气,目光如同最锐利的鹰隼,扫过那些在其他考生看来如同“催命符”般的“丐版”器材和“恶劣”环境。

其他考生看到的是绝望,是无从下手,是“世界毁灭吧,赶紧的”。

而秦风看到的,却是一个个可以被利用,被改造,被赋予全新生命的可能性!

他甚至能“看”到,那根直径只有几微米的石英扭丝,在空气中因为微弱的气流而产生的,肉眼几乎无法察觉的细微振动!

他能“听”到,那个氦氖激光器的电源内部,因为电流不稳定而发出的,极其轻微的“滋滋”声!

他能“感觉”到,那个压电陶瓷微调平台上,因为材料本身的压电效应和迟滞效应,在施加电压时产生的,极其微小,却又真实存在的……“粘滞感”!

这些,在其他考生看来,是致命的干扰,是无法克服的障碍。

但在拥有“鹰眼级精密感知”能力的秦风眼中,它们……却可能成为解开这道“神级”实验难题的……关键线索!

“叮!检测到宿主已成功激活【鹰眼级精密感知】能力,并对当前实验环境及器材进行了初步的‘超凡’评估!”

“系统提示:‘微观世界的探索者’临时任务已正式开启!请宿主尽情展现您那超越时代的实验才华,让那些凡人……哦不,是让那些评审专家们,为您那神乎其技的操作和洞察力,献上他们最诚挚的膝盖吧!”

听着脑海中系统那越来越“不正经”,但也越来越“给力”的提示音,秦风的嘴角,扬起了一抹自信而张扬的笑容。

“前所未有的挑战吗?”

他低头看了一眼自己那双因为“鹰眼级精密感知”bUFF加持,而显得格外修长、稳定、且充满了力量感的手。

“那就……来吧!”

一场注定要载入史册,一场注定要让无数物理学界大佬为之疯狂,一场……属于秦风一个人的“神级”实验表演,即将在这间充满了绝望与哀嚎的“深渊九号”实验室内,正式……拉开序幕!

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