Le domaine de la physique théorique en cette fin d'année 2025 demeure centré sur l'exploration des dimensions spatiales supplémentaires, une démarche dont les fondations reposent sur la théorie Kaluza-Klein (KK) initiale de 1919. L'objectif fondamental de cette recherche est de résoudre l'énigme persistante du problème de la hiérarchie, caractérisée par l'écart de magnitude d'environ 10 24
L'initiative originelle de Theodor Kaluza, en 1919, visait à unifier la gravité et l'électromagnétisme par l'introduction d'une cinquième dimension microscopique. Les modèles subséquents, notamment ceux développés par Lisa Randall et Raman Sundrum en 1999, ont introduit une géométrie plus élaborée, celle d'un espace Anti-de Sitter (AdS) à cinq dimensions, présentant une courbure significative. Cette géométrie déformée permettait aux dimensions supplémentaires d'être suffisamment étendues pour aborder le problème de la hiérarchie, tout en confinant les effets gravitationnels, tels que les gravitons massifs, à notre brane quadridimensionnelle ou les rendant indétectables. Les modèles RS utilisent spécifiquement une métrique déformée pour modéliser cet environnement.
Le défi initial de ces théories résidait dans la conciliation de dimensions potentiellement étendues avec leur absence de détection observationnelle. Les travaux de Randall et Sundrum ont établi un mécanisme sophistiqué où la fonction d'onde du graviton décroît exponentiellement dans la cinquième dimension, expliquant ainsi la faiblesse apparente de la gravité. Néanmoins, malgré les contraintes établies par les recherches du LHC sur les gammes de masse des particules hypothétiques, aucune preuve concluante n'a été confirmée à ce jour, fin 2025.
Un changement de perspective semble émerger suite à une étude publiée en novembre 2025 dans The European Physical Journal C. Cette recherche, menée par des scientifiques espagnols et allemands, avance l'hypothèse que les fermions, particules fondamentales, pourraient être confinés dans cette cinquième dimension déformée. L'idée proposée est que ces fermions, se déplaçant via des « portails » dans cette dimension supplémentaire, se manifesteraient sous la forme de matière noire. Cette perspective offre une résolution potentielle non seulement au problème de la matière noire, qui représente environ 75 % de la matière totale de l'Univers selon les estimations cosmologiques, mais elle s'intègre également dans le contexte plus large des défis du Modèle Standard, y compris la hiérarchie du boson de Higgs.
L'évolution de la théorie KK vers les modèles Randall-Sundrum (RS) constitue une tentative d'établir un lien entre la physique des particules et la cosmologie, des domaines étudiés par des chercheurs comme Françoise Combes à travers l'analyse des grandes structures de l'Univers. Tandis que les expériences continuent d'examiner les candidats traditionnels de la matière noire tels que les WIMPS et les axions, l'idée que la matière noire soit une manifestation de la géométrie de l'espace-temps elle-même, via des champs fermioniques dans un espace courbé, ouvre une nouvelle voie expérimentale et théorique. Les analyses futures des données du LHC et des relevés cosmologiques, comme ceux effectués par la mission Euclid, seront déterminantes pour tester la validité de ces scénarios de dimensions supplémentaires en 2025 et au-delà.
