kernen i helium-4-atomet er identisk med en alfapartikel. Højenergielektronspredningseksperimenter viser, at dens ladning falder eksponentielt fra et maksimum på et centralt punkt, nøjagtigt som ladningstætheden af heliums egen elektronsky., Dette superflydende: parret af neutroner og par af protoner i helium kerne adlyder de samme kvantemekaniske regler, som gør helium par af elektroner (selv om den nukleare partikler, der er omfattet af en anden nukleare bindende potential), således at alle disse fermions fuldt besætte 1s orbitals i par, ingen af dem besidder orbital angular momentum, og hver annullering af den andens iboende spin., Tilføjelse af en anden af nogen af disse partikler ville kræve impulsmoment, og ville frigive væsentligt mindre energi (i virkeligheden, ingen kerne med fem nucleons er stabil). Dette arrangement er således energisk ekstremt stabilt for alle disse partikler, og denne stabilitet tegner sig for mange vigtige fakta om helium i naturen.,for eksempel forårsager stabiliteten og lavenergien af heliums elektronsky heliums kemiske inertitet (den mest ekstreme af alle elementerne) og også manglen på interaktion mellem heliumatomer med hinanden (der producerer de laveste smelte-og kogepunkter for alle elementerne).
på en lignende måde tegner den særlige energiske stabilitet af helium-4-kernen, der er produceret af lignende virkninger, sig for letheden af helium-4-produktion i atomreaktioner, der involverer både tungpartikelemission og fusion., Nogle stabile helium-3 fremstilles i fusionsreaktioner fra hydrogen, men det er en meget lille fraktion sammenlignet med den stærkt energisk gunstige produktion af helium-4. Stabiliteten af helium-4 er årsagen til, at hydrogen omdannes til helium-4 og ikke deuterium (hydrogen-2) eller helium-3 eller andre tungere elementer under fusionsreaktioner i solen. Det er også delvist ansvarlig for, at alfapartiklen er langt den mest almindelige type baryonisk partikel, der skal udstødes fra en atomkerne; med andre ord, alfa-henfald er langt mere almindeligt end klyngeforfald.,
bindingsenergi pr.nukleon af almindelige isotoper. Partikel af helium-4 er signifikant større end alle nærliggende nuklider.
den usædvanlige stabilitet af helium-4-kernen er også vigtig kosmologisk. Det forklarer, at der, i de første par minutter efter Big Bang, som “suppe” af frie protoner og neutroner, som i første omgang var blevet oprettet i omkring 6:1 ratio afkølet til det punkt, hvor nukleare bindende var muligt, næsten alle atomkerner til at danne var helium-4 kerner., Binding af nucleons i helium-4 er så stram, at produktionen forbruges næsten alle de frie neutroner i et par minutter, før de kunne beta-henfald, og venstre meget få til at danne tungere atomer (især lithium, beryllium og bor). Den energi af helium-4 nukleare bindende per nucleon er stærkere end i nogen af disse elementer (se nucleogenesis og bindende energi), og dermed ingen energiske “drive” var til rådighed for at gøre elementer, 3, 4, og 5, når helium var blevet dannet. Det er næppe energisk gunstigt for helium at smelte sammen til det næste element med en højere energi pr., Men på grund af sjældenheden af mellemliggende elementer, og ekstrem ustabilitet af beryllium-8 (varen, når to 4He kerner sikring), at denne proces skal tre helium kerner slående hinanden næsten samtidigt (se triple-alfa processen). Der var således ikke tid til betydelig carbon at være dannet i de få minutter efter Big Bang, før den tidlige ekspanderende univers afkølet til temperatur og tryk, hvor helium fusion til vejrs., Dette efterlod det tidlige univers med et meget lignende brint-helium-forhold, som det observeres i dag (3 dele brint til 1 del helium-4 Efter masse), med næsten alle neutroner i universet fanget i helium-4.
alle tungere elementer—inklusive dem, der var nødvendige for stenede planeter som Jorden, og for kulstofbaseret eller andet liv-måtte således produceres, siden Big Bang, i stjerner, der var varme nok til at smelte elementer tungere end brint. Alle andre elementer end brint og helium udgør i dag kun 2% af massen af atomare stoffer i universet., Helium-4 udgør derimod omkring 23% af universets almindelige stof-næsten alt det almindelige stof, der ikke er hydrogen (1 time).