"Did you see" ist richtig. Wie hier schon erwähnt wurde, steckt in "did" bereits die Vergangenheitsform. Wenn du sagst "He saw the girl" ist das zwar auch Vergangenheit, ja, aber so darf es nur geschrieben werden, wenn kein "did" dabei ist. Wenn du den Jungen also fragst, ob er das Mädchen gesehen hat, heißt es "Did you see that girl?".