KaluzaKleinModelle

Kaluza-KleinModelle sind theoretische Ansätze in der Physik, die zusätzliche räumliche Dimensionen jenseits der bekannten drei Raumrichtungen und der Zeit berücksichtigen. In diesen Modellen wird die vierdimensionale Sicht auf die Welt durch eine oder mehrere kompaktifizierte Extra-Dimensionen erweitert. Die Felder in höherer Dimension lassen sich in eine Reihe von Moden zerlegen, die in der vierdimensionalen Wahrnehmung als Nullmodus (Flachraum) und als eine Treppe von massiven KK-Moden erscheinen.

Historisch wurzeln Kaluza und Klein in der Idee, Gravitation und Elektromagnetismus über eine fünfte Dimension zu vereinigen. Kaluza schlug eine Erweiterung des Gravitationsfeldes vor, während Klein die zusätzliche Dimension als kompakt vorgestellt hat, deren Effekte auf kleinen Skalen verborgen sind. Die Größe der Zusatzdimension bestimmt die Massen der KK-Moden, typischerweise m_n ∝ n/R, wobei R der Kompaktionsradius ist.

In der Praxis bedeuten KK-Modelle, dass Felder wie das Gravitations- oder das Standardmodell-Feld in der zusätzlichen Dimension zerlegt werden. Die Zero-Mode- Komponenten liefern die bekannten vierdimensionalen Felder, während die höheren Moden neue, schwere Kopien dieser Felder darstellen. Solche Modelle haben Implikationen für die Unifikation von Kräften, Modifikationen der Gravitation auf kurzen Distanzen sowie potenzielle neue Teilchen, die in Experimenten auftreten könnten.

Varianten der KK-Modelle umfassen moderne Ansätze wie Large Extra Dimensions (ADD), warped extra dimensions (Randall–Sundrum), universelle Extra-Dimensionen und Orbifold-Compactifications. Sie spielen eine zentrale Rolle in der Theorie der höheren Dimensionen, der Modulkontrolle und in der Stringtheorie. Forschungen prüfen die Vorhersagen der Modelle durch Kollisions- und Präzisionsmessungen sowie gravitative Tests.