Der Kern des Helium-4-Atoms ist identisch mit einem Alphateilchen. Hochenergetische Elektronenstreuungsexperimente zeigen, dass seine Ladung exponentiell von einem Maximum an einem zentralen Punkt abnimmt, genau wie die Ladungsdichte der heliumeigenen Elektronenwolke., Diese Symmetrie spiegelt ähnliche zugrunde liegende Physik wider: Das Neutronenpaar und das Protonenpaar im Heliumkern befolgen die gleichen quantenmechanischen Regeln wie das Heliumelektronenpaar (obwohl die Kernteilchen einem anderen nuklearen Bindungspotential unterliegen), so dass alle diese Fermionen 1s-Orbitale paarweise vollständig einnehmen, keiner von ihnen einen orbitalen Drehimpuls besitzt und jeder den intrinsischen Spin des anderen aufhebt., Das Hinzufügen eines anderen dieser Teilchen würde Drehimpuls erfordern und wesentlich weniger Energie freisetzen (tatsächlich ist kein Kern mit fünf Nukleonen stabil). Diese Anordnung ist somit für alle diese Teilchen energetisch extrem stabil, und diese Stabilität erklärt viele entscheidende Fakten in Bezug auf Helium in der Natur.,
Zum Beispiel verursacht die Stabilität und niedrige Energie der Elektronenwolke von Helium die chemische Inertheit von Helium (das extremste aller Elemente) und auch die fehlende Wechselwirkung von Heliumatomen miteinander (wodurch die niedrigsten Schmelz-und Siedepunkte aller Elemente erzeugt werden).
In ähnlicher Weise ist die besondere energetische Stabilität des Helium4-Kerns, die durch ähnliche Effekte erzeugt wird, für die Leichtigkeit der Helium4-Produktion in atomaren Reaktionen verantwortlich, die sowohl die Emission als auch die Fusion schwerer Partikel betreffen., Etwas stabiles Helium-3 wird in Fusionsreaktionen aus Wasserstoff hergestellt, aber es ist ein sehr kleiner Anteil, verglichen mit der hochenergetisch günstigen Produktion von Helium-4. Die Stabilität von Helium-4 ist der Grund dafür, dass Wasserstoff während Fusionsreaktionen in der Sonne in Helium-4 und nicht in Deuterium (Wasserstoff-2) oder Helium-3 oder andere schwerere Elemente umgewandelt wird. Es ist auch teilweise dafür verantwortlich, dass das Alphateilchen bei weitem die häufigste Art von baryonischem Teilchen ist, das aus einem Atomkern ausgestoßen wird; mit anderen Worten, Alpha-Zerfall ist weitaus häufiger als Cluster-Zerfall.,
Bindungsenergie pro Nukleon von common Isotope. Die Bindungsenergie pro Teilchen von Helium-4 ist signifikant größer als alle nahe gelegenen Nuklide.
Die ungewöhnliche Stabilität des Helium4-Kerns ist auch kosmologisch wichtig. Es erklärt die Tatsache, dass in den ersten Minuten nach dem Urknall, als die „Suppe“ freier Protonen und Neutronen, die ursprünglich im Verhältnis 6:1 entstanden waren, bis zu dem Punkt abgekühlt war, an dem eine Kernbindung möglich war, fast alle zu bildenden Atomkerne Helium4-Kerne waren., Die Bindung der Nukleonen in Helium-4 ist so eng, dass seine Produktion fast alle freien Neutronen in wenigen Minuten verbrauchte, bevor sie Beta-zerfallen konnten, und nur sehr wenige übrig ließ, um schwerere Atome (insbesondere Lithium, Beryllium und Bor) zu bilden. Die Energie der Helium-4-Kernbindung pro Nukleon ist stärker als in jedem dieser Elemente (siehe Nukleogenese und Bindungsenergie), und daher war kein energetischer „Antrieb“ verfügbar, um die Elemente 3, 4 und 5 herzustellen, sobald Helium gebildet worden war. Es ist kaum energetisch günstig für Helium, mit einer höheren Energie pro Nukleon (Kohlenstoff) in das nächste Element zu verschmelzen., Aufgrund der Seltenheit von Zwischenelementen und der extremen Instabilität von Beryllium-8 (das Produkt, wenn zwei 4He-Kerne verschmelzen) benötigt dieser Prozess jedoch drei Heliumkerne, die fast gleichzeitig aufeinander treffen (siehe Triple Alpha-Prozess). Es gab also keine Zeit für signifikante Kohlenstoffbildung in den wenigen Minuten nach dem Urknall, bevor das frühe expandierende Universum auf die Temperatur und den Druck abkühlte, wo eine Heliumfusion zu Kohlenstoff nicht mehr möglich war., Dies ließ das frühe Universum mit einem sehr ähnlichen Wasserstoff–Helium-Verhältnis, wie es heute beobachtet wird (3 Teile Wasserstoff zu 1 Teil Helium-4 nach Masse), mit fast allen Neutronen im Universum in Helium-4 gefangen.
Alle schwereren Elemente—auch solche, die für felsige Planeten wie die Erde und für kohlenstoffbasiertes oder anderes Leben notwendig sind-mussten seit dem Urknall in Sternen erzeugt werden, die heiß genug waren, um Elemente zu verschmelzen schwerer als Wasserstoff. Alle anderen Elemente als Wasserstoff und Helium machen heute nur noch 2% der Masse der atomaren Materie im Universum aus., Helium-4 macht dagegen etwa 23% der gewöhnlichen Materie des Universums aus—fast die gesamte gewöhnliche Materie, die kein Wasserstoff ist (1H).