Het theoretische landschap van de hedendaagse natuurkunde, anno 2025, wordt nog steeds gevormd door de erfenis van vroege eenheidstheorieën, met name de Kaluza-Klein (KK) theorie en de latere Randall-Sundrum (RS) modellen. De oorsprong van dit concept ligt bij Theodor Kaluza, die in 1919 een klassieke uitbreiding van Einsteins Algemene Relativiteitstheorie naar een vijfdimensionale ruimtetijd voorstelde, met als doel de zwaartekracht en het elektromagnetisme te verenigen. Kaluza's initiële hypothese, gepubliceerd in 1921, introduceerde een vijfde, microscopische ruimtelijke dimensie, vaak voorgesteld als een kleine cirkel, een idee dat Oskar Klein in 1926 een kwantummechanische interpretatie gaf. Hoewel deze vroege pogingen onjuiste voorspellingen deden over elementaire deeltjesmassa's, legden ze de basis voor latere, meer geavanceerde modellen zoals de snaartheorie.
Een cruciaal probleem dat de theoretische fysica decennialang bezighield, is het hiërarchieprobleem, de onnatuurlijke discrepantie van een factor $10^{24}$ tussen de schaal van de zwaartekracht en die van de andere fundamentele krachten, zoals de zwakke wisselwerking. Om dit aan te pakken, introduceerden Lisa Randall en Raman Sundrum in 1999 hun RS-modellen, die een gekromde geometrie in een vijfdimensionale Anti-de Sitter (AdS) ruimtetijd gebruiken. Dit raamwerk maakt het mogelijk dat de extra dimensies groot genoeg zijn om de hiërarchie te verklaren, doordat de gravitonen op onze vierdimensionale 'brane' verzwakt worden door exponentiële verval van hun golffunctie, terwijl ze toch ondetecteerbaar blijven. De RS-modellen, met hun twee 'branes' (de Planck-brane en de TeV-brane), boden een elegante oplossing door de zwakte van de zwaartekracht te verklaren als gevolg van 'lekken' naar de extra dimensie.
Ondanks de theoretische elegantie, hebben hoogenergetische experimenten bij de Large Hadron Collider (LHC) tot eind 2025 geen definitief bewijs gevonden voor de directe detectie van de voorspelde zwaartekrachtachtige deeltjes met hoge massa, wat de experimentele zoektocht naar extra dimensies heeft beperkt. Echter, de focus van theoretisch onderzoek is recentelijk verschoven, zoals blijkt uit een studie gepubliceerd in The European Physical Journal C in november 2025. Dit onderzoek stelt een koppeling voor tussen de gekromde extra-dimensiemodellen en het onopgeloste donkere materieprobleem. De studie suggereert dat fermionen die zich in een gekromde vijfde dimensie bevinden, zich kunnen manifesteren als de mysterieuze donkere materie die een significant deel van de materie in het universum uitmaakt.
Deze nieuwe theoretische invalshoek, waarbij fermionen in een 'donkere sector' in de vijfde dimensie leven, biedt een mogelijke verklaring voor het gebrek aan een levensvatbare donkere-materiekandidaat binnen het Standaardmodel van de deeltjesfysica. Recenter werk uit 2025, zoals een bespreking van een 'Kaluza-Klein Gravitational Dark Portal' in april 2025, onderzoekt de fenomenologie van donkere materie in op straal gestabiliseerde RS-modellen, waarbij de interactie met het Standaardmodel verloopt via spin-2 en spin-0 Kaluza-Klein modi van de gravitonen. Hoewel sommige scenario's, zoals die met scalaire donkere materie, door de huidige gegevens sterk worden beperkt, blijven modellen met fermionische of vector-donkere materie levensvatbaar onder specifieke resonantieomstandigheden. De mogelijkheid om deze theorieën te testen ligt in de detectie van Kaluza-Klein gravitonenresonanties bij toekomstige experimenten, wat zou kunnen helpen bij het afleiden van het aantal 'branes' in het model. De voortdurende ontwikkeling van deze theorieën, van Kaluza's geometrische eenwording in 1919 tot de donkere-materie-implicaties in 2025, benadrukt hun blijvende relevantie voor het oplossen van de diepste raadsels van de moderne fysica.
