Advanced Virgo is the project to upgrade the Virgo interferometric detector of gravitational waves, with the aim of increasing the number of observable galaxies (and thus the detection rate) by three orders of magnitude. The project is now in an advanced construction phase and the assembly and integration will be completed by the end of 2015. Advanced Virgo will be part of a network with the two Advanced LIGO detectors in the US and GEO HF in Germany, with the goal of contributing to the early detections of gravitational waves and to opening a new observation window on the universe. In this paper we describe the main features of the Advanced Virgo detector and outline the status of the construction.

Advanced gravitational wave interferometers, currently under realization, will soon permit the detection of gravitational waves from astronomical sources. To open the era of precision gravitational wave astronomy, a further substantial improvement in sensitivity is required. The future space-based Laser Interferometer Space Antenna and the third-generation ground-based observatory Einstein Telescope (ET) promise to achieve the required sensitivity improvements in frequency ranges. The vastly improved sensitivity of the third generation of gravitational wave observatories could permit detailed measurements of the sources' physical parameters and could complement, in a multi-messenger approach, the observation of signals emitted by cosmological sources obtained through other kinds of telescopes. This paper describes the progress of the ET project which is currently in its design study phase.

In 2009-2010, the Laser Interferometer Gravitational-wave Observa- tory (LIGO) operated together with international partners Virgo and GEO600 as a network to search for gravitational waves of astrophysical origin. The sensitiv- ity of these detectors was limited by a combination of noise sources inherent to the instrumental design and its environment, often localized in time or frequency, that couple into the gravitational-wave readout. Here we review the performance of the LIGO instruments during this epoch, the work done to characterize the de- tectors and their data, and the effect that transient and continuous noise artefacts have on the sensitivity of LIGO to a variety of astrophysical sources.

Advanced gravitational wave detectors, currently under construction, are expected to directly observe gravitational wave signals of astrophysical origin. The Einstein Telescope (ET), a third-generation gravitational wave detector, has been proposed in order to fully open up the emerging field of gravitational wave astronomy. In this paper we describe sensitivity models for ET and investigate potential limits imposed by fundamental noise sources. A special focus is set on evaluating the frequency band below 10 Hz where a complex mixture of seismic, gravity gradient, suspension thermal and radiation pressure noise dominates. We develop the most accurate sensitivity model, referred to as ET-D, for a third-generation detector so far, including the most relevant fundamental noise contributions.

The pion form factor has been measured in the space-like q2 region 0.014 to 0.26 (GeV/c)2 by scattering 300 GeV pions from the electrons of a liquid hydrogen target. A detailed description is given of the apparatus, data analysis and corrections to the data. The mean square charge radius extracted from the data is model-dependent. We find that a form which includes a realistic description of the form factor phase gives a similar results to the naive pole form, and conclude 〈r2π〉 = 0.438±0.008 fm2.

The status of advancement of the VIRGO Project is presented: the first-generation results from the Pisa seismic noise super attenuator give an upper limit to the noise transfer function of 2 × 10−8 at 10 Hz. The upper limit to the absolute noise of the 400 kg test mass at 10 Hz has been measured to be 1.5 × 10−13 m/√Hz. The scheme and the related problems of the VIRGO interferometer, which is supposed to work down to 10 Hz, are also presented. At the 3rd Pisa Meeting in 1986 we presented the idea of what could be a very efficient seismic noise reduction system able to give a sensitivity h ∼ 10−25 at 10 Hz, in a 3 km interferometer for 1 year integration time. Now we have two new facts to present: the first is that the attenuation has been built, is working in Pisa, and shows remarkable characteristics. The second is the Italian-French interferometer VIRGO [1,2], a 3 km long antenna for low and high frequency (10–1000 Hz) gravitational wave (GW) detection. These two items will be presented in this article.

Large gravitational wave interferometric detectors, like Virgo and LIGO, demonstrated the capability to reach their design sensitivity, but to transform these machines into an effective observational instrument for gravitational wave astronomy a large improvement in sensitivity is required. Advanced detectors in the near future and third-generation observatories in more than one decade will open the possibility to perform gravitational wave astronomical observations from the Earth. An overview of the possible science reaches and the technological progress needed to realize a third-generation observatory are discussed in this paper. The status of the project Einstein Telescope (ET), a design study of a third-generation gravitational wave observatory, will be reported.

Current interferometric gravitational-wave detectors are limited by quantum noise over a wide range of their measurement bandwidth. One method to overcome the quantum limit is the injection of squeezed vacuum states of light into the interferometer’s dark port. Here, we report on the successful application of this quantum technology to improve the shot noise limited sensitivity of the Advanced Virgo gravitational-wave detector. A sensitivity enhancement of up to 3.2±0.1 dB beyond the shot noise limit is achieved. This nonclassical improvement corresponds to a 5%–8% increase of the binary neutron star horizon. The squeezing injection was fully automated and over the first 5 months of the third joint LIGO-Virgo observation run O3 squeezing was applied for more than 99% of the science time. During this period several gravitational-wave candidates have been recorded.Received 11 November 2019DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.231108Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI.Published by the American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasGravitational wavesNonlinear opticsQuantum opticsTechniquesGravitational wave detectionGravitation, Cosmology & AstrophysicsAtomic, Molecular & Optical

This paper presents a complete description of Virgo, the French-Italian gravitational wave detector. The detector, built at Cascina, near Pisa (Italy), is a very large Michelson interferometer, with 3 km-long arms. In this paper, following a presentation of the physics requirements, leading to the specifications for the construction of the detector, a detailed description of all its different elements is given. These include civil engineering infrastructures, a huge ultra-high vacuum (UHV) chamber (about 6000 cubic metres), all of the optical components, including high quality mirrors and their seismic isolating suspensions, all of the electronics required to control the interferometer and for signal detection. The expected performances of these different elements are given, leading to an overall sensitivity curve as a function of the incoming gravitational wave frequency. This description represents the detector as built and used in the first data-taking runs. Improvements in different parts have been and continue to be performed, leading to better sensitivities. These will be detailed in a forthcoming paper.

The advanced interferometer network will herald a new era in observational astronomy. There is a very strong science case to go beyond the advanced detector network and build detectors that operate in a frequency range from 1 Hz-10 kHz, with sensitivity a factor ten better in amplitude. Such detectors will be able to probe a range of topics in nuclear physics, astronomy, cosmology and fundamental physics, providing insights into many unsolved problems in these areas.