¿La diferencia entre LIGO y Virgo y sus versiones "Avanzadas" es realmente generacional, o solo fueron actualizaciones incrementales planificadas?

Creo que esto es en gran medida una cuestión de lo que decidas que es incremental en lugar de un cambio generacional.

La ubicación básica y el tamaño general y el principio de detección de los interferómetros no cambiaron. Un cambio importante en la configuración del interferómetro fue la adición del espejo de reciclaje de señales que permite una cierta cantidad de "sintonización" de la respuesta de frecuencia. Se empleó un esquema de lectura homodino en lugar de heterodino y, como resultado, el interferómetro se desplaza ligeramente fuera de la franja oscura. El sistema de suspensión de masa de prueba pasó de ser un péndulo simple a uno cuádruple y los cables de suspensión ahora son de sílice en lugar de metal. Las masas de prueba se aumentaron de 11 kg a 40 kg, lo que reduce significativamente el ruido de baja frecuencia.

Creo que la mayoría de los otros cambios fueron esencialmente actualizaciones de los materiales y la tecnología que se utiliza. Nuevos espejos, mejores láseres, vacío mejorado, mejor aislamiento sísmico, etc.

No creo que esté cerca del cambio generacional entre aLIGO y el Telescopio Einstein propuesto, que estará en una ubicación diferente, tendrá un tamaño diferente, una cantidad diferente de brazos y geometría y será operado criogénicamente, etc.

Sin embargo, como señaló @mmeent, la mejora en la sensibilidad es de un orden de magnitud en ambos casos, lo que probablemente justifique la etiqueta de "próxima generación" para pasar de LIGO a aLIGO y de aLIGO a los detectores 3G.

No creo que la respuesta de ProfRob dé el paso hacia la justicia avanzada de LIGO.

Primero, es importante reconocer que LIGO, desde su inicio, fue concebido como un proyecto de dos etapas. Del laboratorio LIGO de Caltech :

... y en 1989, Vogt, Drever, Fred Raab, Thorne y Weiss presentaron una propuesta conjunta de Caltech/MIT para la construcción de LIGO a la NSF. La propuesta contemplaba la construcción de instalaciones de LIGO en dos sitios y luego operar en ellos un par de instalaciones iniciales interferómetros basados ​​en tecnología probada, con una sensibilidad donde se podrían detectar ondas gravitacionales, seguidos de interferómetros avanzados basados ​​en tecnología más avanzada, con alta probabilidad de detección de ondas. Este enfoque de dos etapas ha sido esencial para el éxito de LIGO en 2016. El salto tecnológico de los prototipos a los interferómetros avanzados fue demasiado grande para llevarse a cabo en un solo paso.

Construir un interferómetro de Michelson no es difícil, lo hacen literalmente estudiantes de física de primer año de todo el mundo. La parte difícil es aislar suficientemente el interferómetro contra el ruido ambiental para que se pueda aislar la diminuta señal producida por una onda gravitatoria.

Para 2010, LIGO inicial había alcanzado el límite absoluto de lo que era posible con la tecnología sobre la que se construyó, alcanzando un ruido de tensión de$1.5\times 10^{-22} Hz^{-1/2}$. Para hacerlo mejor se requeriría un instrumento casi completamente nuevo. El LIGO avanzado se diseñó para brindar una mejora de un orden de magnitud en la sensibilidad a la deformación con respecto al LIGO inicial. Lograr esto requirió cambiar casi todas las partes del instrumento, incluidas masas de prueba más pesadas, láseres más potentes y un sistema de suspensión completamente rediseñado. Esencialmente, las únicas partes que se trasladaron del LIGO inicial fueron las instalaciones en las que se instalaron los instrumentos y partes del sistema de vacío (que se diseñaron con el objetivo final de construir LIGO avanzado en primer lugar. La construcción de LIGO avanzado comenzó en 2008 y tardó más de 6 años en completarse.

En este sentido, el paso entre LIGO inicial y avanzado puede compararse mejor con la relación entre el LHC y su predecesor LEP , que había ocupado el mismo túnel en el CERN antes que él.

A medida que comenzó el trabajo en LIGO avanzado, la gente también comenzó a pensar en que sería necesario dar otro paso de orden de magnitud en la sensibilidad a la deformación. Dado que el objetivo era dar un paso similar desde LIGO avanzado (y Virgo avanzado en Europa) como se había hecho desde LIGO y Virgo iniciales a sus versiones avanzadas, estos detectores se denominaron detectores de "tercera generación" (3G).

Actualmente hay dos detectores 3G propuestos. El Telescopio Einstein en Europa y Cosmic Vision en Estados Unidos. El Telescopio Einstein es actualmente el más avanzado en planificación y se concibe como un interferómetro triangular con brazos de 10 km construidos bajo tierra. Cosmic Vision está más cerca de una versión ampliada de LIGO con un diseño en forma de L con brazos de 40 km.

La realización de estos detectores 3G aún está muy lejos. Mientras tanto, se planean más mejoras incrementales a los detectores terrestres actuales. En primer lugar, el LIGO avanzado aún no alcanza la sensibilidad de diseño total que se espera que alcance en su cuarta ejecución de observación. Más allá de eso, se han aprobado más actualizaciones a LIGO con la etiqueta "A+".

La gente también ha considerado cuál sería la sensibilidad máxima que se puede exprimir de las instalaciones LIGO existentes, si se construyera un instrumento casi completamente nuevo (nuevamente) utilizando toda la tecnología prevista para los detectores 3G, incluido el cambio a la criogenia para reducir el ruido térmico (como se está aplicando actualmente en el detector japonés KAGRA ). Este diseño hipotético se llama "LIGO Voyager". A veces también se le conoce como un detector de tercera generación, aunque dado que no estaría al nivel del Cosmic Explorer y el Telescopio Einstein, ahora se lo conoce más comúnmente como un instrumento "2.5G".