Ist der Unterschied zwischen LIGO & Virgo und ihren "Advanced"-Versionen wirklich generationsbedingt, oder waren diese nur geplante inkrementelle Upgrades?

Ich habe gerade den Begriff „Gravitationswellendetektor der dritten Generation“ in Antworten auf die Frage „ Wie würde ein kHz-Gravitationswellendetektor aussehen?“ gelernt. (Berge auf Millisekunden-Magnetaren) Wie würde es sich von LIGO/Virgo unterscheiden?

Wikipedias Gravitationswellen-Observatorium; Interferometer listet LIGO und Virgo als 1. Generation und Advanced LIGO und Advanced Virgo als zweite Generation auf.

Ist der Unterschied zwischen den Originalen und den "Advanced"-Versionen wirklich generationsbedingt oder waren diese nur geplante inkrementelle Upgrades , die nur auf die Finanzierung warteten, nachdem die Basissysteme gezeigt hatten, dass sie wie geplant funktionierten?

Was bedeutet „wirklich generationsübergreifend“? Und „die Pläne“, wie LIGO funktioniert, wurden ständig aktualisiert. Es wird erwartet, dass es irgendwann bald "Designsensitivität" erreicht journals.aps.org/prd/pdf/10.1103/PhysRevD.102.062003
@DaddyKropotkin Ich habe weder den Begriff "Generation" in Bezug auf die GW-Erkennungstechnologie erfunden noch 1., 2. oder 3. verschiedenen Designs zugeordnet, diese Klassifizierungen sind etwas etabliert. Meine Frage bezieht sich auf die Angemessenheit zu sagen, dass der Unterschied zwischen den ursprünglichen Konfigurationen dieser Detektoren und ihren erweiterten Konfigurationen wirklich ein Generationswechsel ist oder nicht. Die beiden bisher geposteten Antworten scheinen "wie generationsübergreifend" als tragfähige Frage zu akzeptieren, obwohl sie interessanterweise unterschiedliche Positionen einnehmen. Wie auch immer, ich habe terminologyder Frage gerade das Tag hinzugefügt, um dies hervorzuheben.
Okay, dann lautet die Antwort per Definition ja, da "Generationen" als sukzessive Upgrades von der ursprünglichen Konstruktion zur Designkonstruktion definiert sind. Deshalb bat ich Sie um Klärung, da Ihre Frage ohnehin trivial erschien.
@DaddyKropotkin in Stack Exchange entscheidet das OP, welcher Beitrag seine Frage am besten beantwortet . Wenn Sie der Meinung sind, dass Sie die beste Antwort haben, sollten Sie sie als Stack Exchange-Antwort posten und die Leute darüber abstimmen lassen. Ich denke, Sie müssen Ihre Behauptung untermauern, dass aufeinanderfolgende Generationswechsel in einem Gravitationswellendetektor alles sind, was als Upgrades betrachtet werden kann.
Ich versuche nur, zu einer besser gestellten Frage zu gelangen, weil ich die OP-Frage nicht verstehe. Eine "Generation" bezieht sich meiner Meinung nach auf eine Reihe von Upgrades/Verbesserungen. dcc.ligo.org/public/0006/P0900255/005/P0900255-v5.pdf
@DaddyKropotkin Das ist extrem hilfreich! Es klingt für mich eher so, als hätten sie alles weggeworfen und ein ganz neues System gebaut, anstatt das bestehende System zu aktualisieren. „Advanced LIGO ist der Name für die nächste Generation von Detektoren, die die bestehenden Vakuumhüllen an den beiden LIGO-Standorten in Louisiana und im Bundesstaat Washington nutzen werden (siehe Abbildung 1). Diese neuen Detektoren werden eine verbesserte seismische Isolierung, Aufhängungen, Optiken und Laser umfassen und alle anderen Hardware-Subsysteme."
Cool! Ja, in der Tat. Sie behielten im Wesentlichen das gleiche Fahrgestell wie die alten Tunnel, verbesserten aber im Wesentlichen alle technischen Aspekte.

Antworten (2)

Ich denke, dies hängt weitgehend davon ab, was Sie als inkrementell im Gegensatz zu einem Generationswechsel entscheiden.

Der grundsätzliche Ort und die Gesamtgröße und das Detektionsprinzip der Interferometer änderten sich nicht. Eine wichtige Änderung an der Interferometerkonfiguration war die Hinzufügung des Signalrückführungsspiegels, der ein gewisses Maß an "Abstimmung" des Frequenzgangs ermöglicht. Anstelle von Heterodyn wurde ein Homodyn-Ausleseschema verwendet – und das Interferometer wird infolgedessen etwas vom dunklen Rand entfernt. Das Testmassen-Aufhängungssystem wurde von einem Einzel- zu einem Vierfachpendel geändert, und die Aufhängungsdrähte bestehen jetzt aus Siliziumdioxid und nicht aus Metall. Die Testmassen selbst wurden von 11 kg auf 40 kg erhöht, was die niederfrequenten Geräusche deutlich reduziert.

Ich glaube, die meisten anderen Änderungen waren im Wesentlichen Upgrades der verwendeten Materialien und Technologien. Neue Spiegel, bessere Laser, verbessertes Vakuum, bessere seismische Isolierung usw.

Ich glaube nicht, dass es auch nur annähernd den Generationswechsel zwischen aLIGO und dem vorgeschlagenen Einstein-Teleskop gibt, das an einem anderen Standort stehen wird, eine andere Größe, andere Anzahl von Armen und Geometrie haben und kryogen betrieben werden wird usw.

Wie jedoch von @mmeent betont, beträgt die Verbesserung der Empfindlichkeit in beiden Fällen etwa eine Größenordnung, was wahrscheinlich das Tag der „nächsten Generation“ für den Wechsel von LIGO zu aLIGO und von aLIGO zu den 3G-Detektoren rechtfertigt.

Die Verbesserung der Dehnungsempfindlichkeit von anfänglichem LIGO zu fortgeschrittenem LIGO ist ähnlich wie die prognostizierte Verbesserung von aLIGO zu 3g-Detektoren.

Ich glaube nicht, dass die Antwort von ProfRob den Schritt zu fortgeschrittener LIGO-Gerechtigkeit macht.

Zunächst ist es wichtig zu erkennen, dass LIGO von Anfang an als zweistufiges Projekt konzipiert war. Aus dem LIGO-Labor von Caltech :

... und 1989 reichten Vogt, Drever, Fred Raab, Thorne und Weiss einen gemeinsamen Caltech/MIT-Vorschlag für den Bau von LIGO bei der NSF ein Interferometer, die auf bewährter Technologie basieren, mit einer Empfindlichkeit, bei der Gravitationswellen erkannt werden könnten, gefolgt von fortgeschrittenen Interferometern, die auf fortschrittlicherer Technologie basieren und mit hoher Wahrscheinlichkeit Wellen erkennen. Dieser zweistufige Ansatz war wesentlich für den Erfolg von LIGO im Jahr 2016. Der technologische Sprung von Prototypen zu fortgeschrittenen Interferometern war zu groß, um in einem Schritt durchgeführt zu werden.

Der Bau eines Michelson-Interferometers ist nicht schwer, es wird buchstäblich von Physikstudenten im ersten Jahr auf der ganzen Welt gemacht. Der schwierige Teil besteht darin, das Interferometer ausreichend gegen Umgebungsgeräusche zu isolieren, damit das winzige Signal, das von einer Gravitationswelle erzeugt wird, isoliert werden kann.

Bis 2010 hatte das ursprüngliche LIGO die absolute Grenze dessen erreicht, was mit der Technologie, auf der es aufgebaut war, möglich war, und erreichte ein Belastungsrauschen von 1.5 × 10 − 22 H z − 1 / 2 . Um es besser zu machen, wäre ein fast völlig neues Instrument erforderlich. Advanced LIGO wurde entwickelt, um eine Verbesserung der Belastungsempfindlichkeit um eine Größenordnung gegenüber anfänglichem LIGO zu erreichen. Um dies zu erreichen, mussten fast alle Teile des Instruments geändert werden, einschließlich schwererer Testmassen, leistungsstärkerer Laser und eines vollständig neu gestalteten Aufhängungssystems. Im Wesentlichen waren die einzigen Teile, die vom ursprünglichen LIGO übernommen wurden, die Einrichtungen, in denen die Instrumente installiert wurden, und Teile des Vakuumsystems (die mit dem ultimativen Ziel entworfen wurden, überhaupt fortschrittliches LIGO zu bauen. Der Bau von fortschrittlichem LIGO begann im Jahr 2008 und dauerte über 6 Jahre bis zur Fertigstellung.

In diesem Sinne kann der Schritt zwischen anfänglichem und fortgeschrittenem LIGO am besten mit der Beziehung zwischen dem LHC und seinem Vorgänger LEP verglichen werden , der zuvor denselben Tunnel am CERN besetzt hatte.

Als die Arbeit an fortgeschrittenem LIGO begann, begannen die Leute auch darüber nachzudenken, ob es notwendig wäre, einen weiteren Schritt in der Größenordnung der Belastungsempfindlichkeit zu machen. Da das Ziel darin bestand, einen ähnlichen Schritt von Advanced LIGO (und Advanced Virgo in Europa) zu machen, wie er von den ersten LIGO und Virgo zu ihren fortgeschrittenen Versionen gemacht wurde, wurden diese Detektoren als Detektoren der "dritten Generation" (3G) bezeichnet.

Derzeit werden zwei 3G-Detektoren vorgeschlagen. Das Einstein-Teleskop in Europa und Cosmic Vision in den USA. Das Einstein-Teleskop ist derzeit am weitesten in Planung und soll als dreieckiges Interferometer mit 10 km Armen unterirdisch gebaut werden. Cosmic Vision ist näher an einer vergrößerten Version von LIGO mit einem L-förmigen Layout mit 40 km langen Armen.

Die Realisierung dieser 3G-Detektoren ist noch sehr weit entfernt. In der Zwischenzeit sind weitere schrittweise Verbesserungen der derzeitigen bodengestützten Detektoren geplant. Erstens hat Advanced LIGO noch nicht seine volle Designempfindlichkeit erreicht, die es voraussichtlich in seinem 4. Beobachtungslauf erreichen wird. Darüber hinaus wurden weitere Upgrades auf LIGO mit der Bezeichnung „A+“ genehmigt.

Es wurde auch darüber nachgedacht, was die maximale Empfindlichkeit wäre, die aus den bestehenden LIGO-Anlagen herausgepresst werden könnte, wenn man (wieder) ein fast vollständig neues Instrument bauen würde, das die gesamte Technologie verwendet, die für 3G-Detektoren vorgesehen ist, einschließlich der Umstellung auf Kryotechnik thermisches Rauschen reduzieren (wie es derzeit im japanischen KAGRA- Detektor angewendet wird). Dieses hypothetische Design heißt „LIGO Voyager“. Es wird manchmal auch als Detektor der dritten Generation bezeichnet, obwohl es, da es nicht ganz auf dem Niveau von Cosmic Explorer und dem Einstein-Teleskop wäre, jetzt häufiger als "2,5G"-Instrument bezeichnet wird.

Wird nicht erwartet, dass aLIGO irgendwann in diesem oder im nächsten Jahr Design-Sensibilität erreicht?
@DaddyKropotkin Es sollte tatsächlich O4 sein (O5 wird das A + -Upgrade sein). Leider scheint O4 (mindestens) in die zweite Jahreshälfte 2022 verschoben zu werden.
Sauber! Ist LISA nicht auch ein Detektor der dritten Generation? Und was ist mit den vielen geplanten Dezihertz-Detektoren wie TianGO?
Nein, normalerweise ist der Begriff "3G" für bodengestützte Interferometer reserviert. Siehe auch: gwic.ligo.org/3Gsubcomm/documents/…
Ich habe alle Verbesserungen aufgelistet, die zwischen aLIGO und LIGO gemacht wurden. Ich sehe nicht, dass ich etwas Wichtiges verpasst habe, außer der Zeit, die es gedauert hat. Ich habe ursprünglich dafür gestimmt, diese Frage aus Meinungsgründen zu schließen. Es hat sich also bewährt.
@ProfRob Ihre Frage schien kosmetische oberflächliche äußere Änderungen wie Geometrie und Position überzubewerten, über technologische Wunder, die an Dingen wie der Federung arbeiten.
Wie ich sagte. „Ich denke, das ist größtenteils eine Frage dessen, was Sie als inkrementell im Gegensatz zu einem Generationswechsel entscheiden.“ Die Veränderung der Geometrie und Armlänge ist weder kosmetisch noch oberflächlich. Der Standortwechsel erfordert den Bau eines komplett neuen Instruments. Außerdem wird das Einstein-Teleskop ALLE Dinge ändern, die zwischen LIGO und aLIGO geändert wurden. Es bestand keine Absicht, das Wunder aLIGO zunichte zu machen.
@ProfRob Darüber hinaus wird, wie in meiner Antwort erläutert, was in diesem Zusammenhang als "generationell" gilt, durch den Schritt von LIGO zu fortgeschrittenem LIGO definiert . Der Begriff dritte Generation, wie er für ET verwendet wird, wurde speziell für diesen Schritt gewählt.
Die Geometrie und der Untergrund sind „oberflächlich“ in dem Sinne, dass sie keine bestimmenden Merkmale dessen sind, was als Observatorium der dritten Generation gilt, wie sowohl ET (und unterirdische dreieckige Konfiguration) als auch CE (eine L-förmige oberirdische Einrichtung) belegen ) gelten als 3G-Observatorien).
^ Genau. Die 3G-Detektoren werden beispielsweise nicht durch die seismische Lärmwand behindert, wie dies bei der Signatur von bodengestützten Detektoren der Fall ist.
Ist der Unterschied zwischen LIGO & Virgo und ihren "Advanced"-Versionen wirklich generationsbedingt, oder waren diese nur geplante inkrementelle Upgrades?
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