نیما ارکانی‌حامد در شهر هیوستون آمریکا متولد شد و دوران کودکی خود را در سفر‌های مکرر بین ایران و آمریکا سپری کرد. یکی از خوش‌بین‌ترین خاطرات او از دوران کودکی، کوهنوردی‌های آخر هفته با پدرش در تهران بود که بنیان علاقه‌ی عمیق او به طبیعت را نهاد.
خانواده‌ی او در سال ۱۹۷۹ می‌لادی (۱۳۵۷ شمسی) برای ادامه زندگی به ایران بازگشتند، اما با وقوع انقلاب فرهنگی و تعطیلی دانشگاه‌ها، پدرش که استاد دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف بود، مجبور شد با خانواده به کانادا مهاجر شود. نیما در ده سالگی وارد زندگی کاملا متفاوتی در کانادا شد.
جهانی فرا‌تر از فکر
پس از اتمام دبیرستان در کانادا، ارکانی‌حامد تحصیلات عالی را در دانشگاه تورنتو آغاز کرد و در سال ۱۹۹۳ مدرک کار‌شناسی مشترک در ریاضی و فیزیک نظری دریافت کرد. شغف بی‌کران او به فیزیک، او را به دانشگاه کالیفرنیا، برکلی کشاند تا تحت نظارت پروفسور لارنس هال بر روی مباحث پیشرفته‌ای چون ابرتقارن و فیزیک ذرات بنیادی پژوهش کند.
در سال ۱۹۹۷، او پایان‌نامه دکتری خود با عنوان ابرتقارن و سلسله مراتب را دفاع کرد. در این اثر، ارکانی‌حامد به دنبال پاسخی برای یکی از پرسش‌های بنیادین فیزیک ذرات بود چگونه می‌توان از ابرتقارن به عنوان ابزاری برای تبیین تفاوت‌های عظیم بین مقیاس‌های انرژی در جهان هستی بهره برد؟
جهان را می‌توان به مثابه یک پازل در نظر گرفت که ذرات بنیادی تکه‌های گوناگون آن‌اند. فیزیک‌دانان برای تکمیل این پازل باید به سوالات متعدد پاسخ دهند، از جمله اینکه چرا برخی نیرو‌های طبیعت بسیار قوی‌تر از سایر نیرو‌ها هستند؟ برای مثال، نیروی گرانش بسیار ضعیف‌تر از نیروی الک‌ترومغناطیسی است و علت این اختلاف قدرت که سلسه مراتب نام دارد، همچنان چالش‌برانگیز است.
ارکانی‌حامد در پایان‌نامه خود کوشیده بود تا بفهمد چرا برخی نیرو‌های طبیعت از دیگر نیرو‌ها قوی‌تر هستند. نظریه‌ای که می‌تواند این پدیده را توضیح دهد، ابرتقارن نام دارد. بر اساس این نظریه، هر ذره بنیادی (مانند الک‌ترون یا کوارک‌ها) یک هم‌سازمان ابرتقارنی دارد که ویژگی‌های فرا‌وانی را با ذره اصلی مشترک است، به جز خواصی چون جرم. ابرتقارن می‌تواند برخی از ویژگی‌های مرموز ماده را در سطح بنیادی تبیین کند، از همین رو بسیاری از فیزیک‌دانان به پژوهش در این حوزه علاقه‌مندند.
او در پایان‌نامه دکتری به جستجوی پاسخ این پرسش پرداخت که آیا نظریه ابرتقارن می‌تواند علت تفاوت عظیم بین نیرو‌ها را روشن سازد. پس از کسب مدرک دکتری در ۱۹۹۷، ارکانی‌حامد به عنوان پژوهشگر پس‌ادک‌تری به گروه نظری SLAC در دانشگاه استنفورد پیوست.
در این دوره، او در همکاری با همکاران، ایده نوآورانه ابعاد اضافی بزرگ را مطرح کرد. این نظریه یکی از ایده‌های انقلابی در فیزیک ذرات است که وجود ابعاد فضایی دیگر را پیش‌بینی می‌کند که ما قادر به دیدن آن‌ها نیستیم، اما اثراتشان می‌تواند در مقیاس می‌کروسکوپی و انرژی‌های بالا آشکار شود. ابعاد اضافی می‌توانند ابزاری برای توضیح برخی از راز‌های حل‌نشده فیزیک ذرات، نظیر مسئله سلسله مراتب، فراهم آورند.