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Le monde qui nous entoure est en trois dimensions — mais ce n'est peut-être qu'une apparence. Certaines théories admettent que l'espace contient des dimensions supplémentaires, repliées ou étirées d'une manière particulière. L'un de ces modèles décrit un univers à cinq dimensions avec une dimension « diluée » (appelée dilaton linéaire). Dans cette vision, notre réalité habituelle n'est qu'une « surface » (une brane) plongée dans un monde plus profond.

Dans une telle construction, la gravité se comporte de manière inhabituelle. Les gravitons ordinaires — les porteurs de la gravitation — acquièrent une masse et peuvent se regrouper en une particule de longue durée de vie, une sorte de résonance isolée. Elle interagit extrêmement faiblement avec la matière ordinaire et convient donc parfaitement au rôle de matière noire. Sa masse est inférieure à un MeV (million d'électrons-volts), soit des milliers de fois plus légère que le proton. La particule apparaît grâce à des corrections quantiques et s'accumule progressivement dans l'univers, via le mécanisme de « gel ».

Mais ce n'est pas le seul candidat. La théorie en cinq dimensions prédit aussi un spectre continu d'excitations — une sorte de « fluide holographique ». Celui-ci se comporte également comme de la matière noire, mais naît différemment : son abondance dépend de la température de réchauffement après l'inflation. Si la température était peu élevée (moins d'un TeV — téraélectron-volt), les deux types de matière noire peuvent coexister.

Cette approche relie la cosmologie et la physique des particules en une histoire unifiée. L'inflation fixe les conditions initiales, et les dimensions supplémentaires fournissent des candidats naturels pour la matière noire. Ici, la gravité n'est pas simplement une force, mais un pont vers les secteurs cachés de la réalité.