Действительно ли разница между LIGO и Virgo и их «расширенными» версиями связана с поколениями, или это были просто запланированные постепенные обновления?

Я думаю, что это в значительной степени вопрос того, что вы решите, является постепенным, а не сменой поколений.

Основное расположение и габариты, а также принцип обнаружения интерферометров не изменились. Важным изменением в конфигурации интерферометра стало добавление зеркала рециркуляции сигнала, которое позволяет в определенной степени «настраивать» частотную характеристику. Вместо гетеродина была использована гомодинная схема считывания, в результате чего интерферометр немного выходит за пределы темной полосы. Система подвески испытательной массы была изменена с одинарного на четырехкомпонентный маятник, а тросы подвески теперь сделаны из кремнезема, а не из металла. Сами испытательные массы были увеличены с 11 кг до 40 кг, что значительно снижает низкочастотный шум.

Я считаю, что большинство других изменений были, по сути, обновлениями используемых материалов и технологий. Новые зеркала, лучшие лазеры, улучшенный вакуум, лучшая сейсмоизоляция и т. д.

Я не думаю, что это где-то близко к смене поколений между aLIGO и предлагаемым телескопом Эйнштейна, который будет находиться в другом месте, иметь другой размер, другое количество плеч и геометрию и будет работать криогенно и т. д.

Однако, как указал @mmeent, улучшение чувствительности примерно на порядок в обоих случаях, что, вероятно, оправдывает тег «следующее поколение» для перехода от LIGO к aLIGO и от aLIGO к детекторам 3G.

Я не думаю, что ответ ProfRob делает шаг к продвинутой справедливости LIGO.

Во-первых, важно признать, что LIGO с самого начала задумывался как двухэтапный проект. Из лаборатории LIGO Калифорнийского технологического института :

... а в 1989 году Фогт, Древер, Фред Рааб, Торн и Вайс представили в NSF совместное предложение Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института по строительству LIGO. Предложение предусматривало строительство объектов LIGO на двух площадках, а затем эксплуатацию на них пары первоначальных интерферометры, основанные на проверенной технологии, с чувствительностью, при которой могут быть обнаружены гравитационные волны, за которыми следуют усовершенствованные интерферометры, основанные на более продвинутой технологии, с высокой вероятностью обнаружения волн. Этот двухэтапный подход был необходим для успеха LIGO в 2016 году. Технологический скачок от прототипов к усовершенствованным интерферометрам был слишком велик, чтобы его можно было осуществить за один шаг.

Построить интерферометр Майкельсона несложно, это буквально делают студенты первого курса физики по всему миру. Жесткая часть заключается в достаточной изоляции интерферометра от шума окружающей среды, чтобы можно было выделить мельчайший сигнал, создаваемый гравитационной волной.

К 2010 году первоначальный LIGO достиг абсолютного предела того, что было возможно с технологией, на которой он был построен, достигнув шума деформации$1.5\times 10^{-22} Hz^{-1/2}$. Чтобы сделать лучше, потребуется почти полностью новый инструмент. Усовершенствованный LIGO был разработан для повышения чувствительности к деформации на порядок по сравнению с исходным LIGO. Для этого потребовалось изменить почти каждую часть прибора, включая более тяжелые испытательные массы, более мощные лазеры и полностью переработанную систему подвески. По сути, единственными частями, которые были перенесены из исходной LIGO, были помещения, в которых были установлены инструменты, и части вакуумной системы (которые были разработаны с конечной целью создания усовершенствованной LIGO в первую очередь. Строительство усовершенствованной LIGO началось в 2008 г. и заняло более 6 лет.

В этом смысле шаг между первоначальным и продвинутым LIGO можно лучше всего сравнить с отношениями между LHC и его предшественником LEP , который до него занимал тот же туннель в ЦЕРНе.

Когда началась работа над усовершенствованным LIGO, люди также начали думать о необходимости сделать еще один шаг в чувствительности к деформации. Поскольку целью было сделать такой же шаг от усовершенствованного LIGO (и усовершенствованного Virgo в Европе), как это было сделано от первоначальных LIGO и Virgo к их усовершенствованным версиям, эти детекторы были названы детекторами «третьего поколения» (3G).

В настоящее время предлагается два детектора 3G. Телескоп Эйнштейна в Европе и Cosmic Vision в США. Телескоп Эйнштейна в настоящее время находится дальше всех в планировании и рассматривается как треугольный интерферометр с 10-километровыми рукавами, построенными под землей. Cosmic Vision ближе к увеличенной версии LIGO с L-образной компоновкой и 40-километровыми рукавами.

До реализации этих детекторов 3G еще очень далеко. В то же время планируется дальнейшее усовершенствование существующих наземных детекторов. Во-первых, усовершенствованный LIGO еще не достиг своей полной проектной чувствительности, которую он, как ожидается, достигнет в своем 4-м запуске наблюдения. Кроме того, были одобрены дальнейшие обновления до LIGO с маркировкой «A+».

Люди также рассмотрели, какой максимальной чувствительности можно было бы добиться от существующих установок LIGO, если бы кто-то построил почти полностью новый прибор (снова) с использованием всех технологий, предусмотренных для детекторов 3G, включая переход к криогенике для уменьшить тепловой шум (как в настоящее время применяется в японском детекторе KAGRA ). Эта гипотетическая конструкция называется «LIGO Voyager». Иногда его также называют детектором третьего поколения, хотя, поскольку он не совсем соответствует уровню Cosmic Explorer и телескопа Эйнштейна, его теперь чаще называют инструментом «2,5G».