helium-4-atomin ydin on identtinen alfahiukkasen kanssa. Korkean energian elektroni-sironta kokeet osoittavat sen lataus vähenee eksponentiaalisesti enintään keskipiste, juuri niin kuin tekee maksu tiheys helium on oma elektronin pilvi., Tämä heijastaa symmetria vastaavia taustalla fysiikka: pari neutroneja ja pari protonit helium ydin noudattavat samaa kvanttimekaniikan sääntöjä, kuten helium on pari elektroneja (vaikka ydinalan hiukkasia sovelletaan eri ydinvoiman sitova mahdollinen), niin että kaikki nämä fermions täysin miehittää 1s-orbitaalit pareittain, yksikään niistä, joilla on silmäkuopan impulssimomentti, ja jokainen peruuttaa muut on luontainen spin., Lisäämällä toinen näistä kaikista hiukkasia vaatisi impulssimomentti, ja vapauttaisi huomattavasti vähemmän energiaa (itse asiassa, ei ydin, jossa on viisi nucleons on vakaa). Tämä järjestely on näin ollen energeettisesti erittäin vakaa kaikille näille hiukkasille, ja tämä stabiilisuus selittää monia ratkaisevia tosiasioita heliumin luonteesta.,
esimerkiksi, vakaus ja vähän energiaa elektronin pilvi helium aiheuttaa helium on kemiallinen inertness (äärimmäisissä kaikki elementit), ja myös puute vuorovaikutusta helium-atomien toistensa kanssa (tuottaa alin sulamis-ja kiehumispisteet kaikki elementit).
samalla tavalla, erityisesti energinen vakautta helium-4-ydin, jonka on tuottanut samanlaisia vaikutuksia, osuus helppous helium-4 tuotanto atomi reaktioita, joihin liittyy sekä raskas-hiukkasten päästöjen ja fuusio., Joitakin vakaa helium-3 on valmistettu vuonna fuusioreaktioissa vety, mutta se on hyvin pieni murto-osa, verrattuna hyvin energeettisesti suotuisa tuotannon helium-4. Vakaus-helium-4 on syy, että vety muunnetaan heliumin-4, ja ei deuterium (vety-2) tai helium-3 tai muita raskaampia elementtejä aikana fusion reaktioita Auringossa. Se on myös osittain vastuussa alfa-hiukkanen on ylivoimaisesti yleisin baryonisen hiukkanen ulos atomin ydin; toisin sanoen, alfa rappeutuminen on paljon yleisempää kuin klusterin hajoaminen.,
Sitovat energiaa per nucleon yhteistä isotooppeja. Helium-4: n sidosenergia hiukkasta kohti on huomattavasti suurempi kuin kaikki lähistöllä olevat nuklidit.
helium-4-ytimen epätavallinen stabiilisuus on myös kosmologisesti tärkeää. Se kertoo siitä, että muutaman ensimmäisen minuutin jälkeen Big Bang, koska ”keitto” vapaiden protonien ja neutronien, joka oli alun perin luotu noin 6:1-suhde jäähtynyt siihen pisteeseen, jossa ydinvoimaan sitoutuminen oli mahdollista, lähes kaikki atomiytimet muodostaa olivat helium-4-ytimet., Sitova nucleons vuonna helium-4 on niin tiukka, että sen tuotanto kulutetaan lähes kaikki vapaa neutroneja muutaman minuutin, ennen kuin he voisivat beta rappeutuminen, ja jätti hyvin vähän muodostaen raskaampia atomeja (erityisesti litium, beryllium ja boori). Energia-helium-4-ydin sitova per nucleon on vahvempi kuin missään näistä elementtejä (ks. nucleogenesis ja sitovat energiaa), ja näin ollen ei ole energinen ”ajaa” oli käytettävissä tehdä elementtejä, 3, 4, ja 5, kun helium oli muodostettu. Se on tuskin energeettisesti suotuisa helium sulake tulee seuraava osa, jossa on enemmän energiaa per nucleon (hiili)., Kuitenkin, koska harvinaisuus väli-elementtejä, ja äärimmäinen epävakaus beryllium-8 (tuote, kun kaksi 4He-ytimet sulake), tämä prosessi tarvitsee kolme heliumytimiä silmiinpistävää toisiaan lähes samanaikaisesti (ks. kolmois-alfa-prosessiin). Näin ollen ei ollut aika merkittävä hiilen muodostua muutaman minuutin jälkeen Big Bang, ennen kuin alussa laajeneva maailmankaikkeus jäähdytetään lämpötila ja paine, jossa helium fuusio hiili ollut enää mahdollista., Tämä jätti varhaisen maailmankaikkeuden kanssa hyvin samanlainen vedyn ja heliumin suhde on havaittu tänään (3 osaa vetyä ja 1 osa helium-4-painosta), lähes kaikki neutronit maailmankaikkeudessa loukkuun helium-4.
Kaikki raskaammat alkuaineet—myös jos ne ovat tarpeen kivinen planeettoja, kuten Maapallon, ja hiili-pohjainen tai muut elämän—näin oli tuotettu, koska Big Bang, tähteä, jotka olivat tarpeeksi kuuma sulake elementtejä raskaampi kuin vety. Kaikki muut alkuaineet kuin vety ja helium muodostavat nykyään vain 2% maailmankaikkeuden atomimassasta., Helium-4 Sen sijaan muodostaa noin 23% maailmankaikkeuden tavallisesta aineesta—lähes kaiken tavallisen aineen, joka ei ole vetyä (1H).