a hélium-4 atom magja azonos egy alfa-részecskével. A nagy energiájú elektron-szórási kísérletek azt mutatják, hogy töltése exponenciálisan csökken a maximumtól egy központi ponton, pontosan ugyanúgy, mint a hélium saját elektronfelhőjének töltési sűrűsége., Ez a szimmetria tükrözi hasonló mögöttes fizika: a két neutron, a két proton hélium magja engedelmeskedni ugyanaz a kvantummechanikai szabályok, mint a hélium van pár elektronok (bár a radioaktív részecskék vannak kitéve a különböző nukleáris kötelező potenciális), így ezeket a fermions teljesen elfoglalják 1s elektronpályák a pár, egyikük sem rendelkezik orbitális impulzusmomentum, valamint a minden törlése a másik a belső körre., Egy másik ilyen részecske hozzáadása szögsebességet igényelne, és lényegesen kevesebb energiát bocsátana ki (valójában egyetlen öt nukleonnal rendelkező mag sem stabil). Ez az elrendezés tehát energetikailag rendkívül stabil mindezen részecskék számára, és ez a stabilitás számos lényeges tényt jelent a hélium természetével kapcsolatban.,
például a stabilitási, illetve alacsony energia az elektron felhő hélium okoz hélium kémiai tehetetlenség (a legszélsőségesebb a elemek), valamint a hiánya kölcsönhatás a hélium atomok egymással (termelő a legalacsonyabb olvadáspontú, majd forró pontok a elemek).
hasonló módon a hélium-4 mag különleges energetikai stabilitása, amelyet hasonló hatások termelnek, megkönnyíti a hélium-4 termelést az atomreakciókban, mind a nagy részecske-kibocsátást, mind a fúziót., Néhány stabil hélium-3 hidrogén fúziós reakcióiban keletkezik, de ez egy nagyon kis frakció, összehasonlítva a hélium-4 rendkívül energetikailag kedvező termelésével. A hélium-4 stabilitása az oka annak, hogy a hidrogén hélium-4-re alakul, nem pedig deutériumra (hidrogén-2) vagy hélium-3-ra vagy más nehezebb elemekre a nap fúziós reakciói során. Részben felelős azért is, hogy az alfa-részecske messze a leggyakoribb barionos részecske, amelyet atommagból kell kilökni; más szavakkal, az alfa-bomlás sokkal gyakoribb, mint a klaszter-bomlás.,
közös izotópok nukleononkénti kötési energiája. A hélium-4 részecske kötési energiája lényegesen nagyobb, mint az összes közeli nuklid.
a hélium-4 mag szokatlan stabilitása kozmológiai szempontból is fontos. Ez magyarázza azt a tényt, hogy az Ősrobbanás utáni első néhány percben, mint a szabad protonok és neutronok “levese”, amelyet eredetileg körülbelül 6:1 arányban hoztak létre, lehűtve arra a pontra, ahol a nukleáris kötés lehetséges volt, szinte az összes atommag hélium-4 mag volt., A nukleonok hélium-4-ben való kötődése annyira szoros, hogy termelése néhány perc alatt szinte az összes szabad neutront elfogyasztotta, mielőtt béta-bomlásra kerülhetett volna, és nagyon kevés maradt, hogy nehezebb atomokat (különösen lítiumot, berilliumot és bórt) képezzen. A nukleononkénti hélium-4 nukleáris kötődés energiája erősebb, mint bármelyik elemnél (lásd nukleogenezis és kötési energia), így a hélium keletkezése után nem állt rendelkezésre energikus “hajtás” a 3., 4. és 5. elem létrehozásához. Alig kedvező, hogy a hélium a következő elembe olvadjon, nagyobb energiával nukleononként (szén)., Azonban a köztes elemek ritkasága, valamint a berillium-8 szélsőséges instabilitása miatt (a termék, amikor két 4HE mag összeolvad), ennek a folyamatnak három héliummagra van szüksége, amelyek szinte egyszerre ütköznek egymással (lásd a hármas alfa folyamatot). Így nem volt idő arra, hogy jelentős szén keletkezzen az Ősrobbanás utáni néhány percben, mielőtt a korai táguló univerzum lehűlt volna a hőmérsékletre és a nyomásra, ahol a hélium szénnel való fúziója már nem volt lehetséges., Ez nagyon hasonló hidrogén–hélium arány mellett hagyta el a korai univerzumot, mint ma (3 rész hidrogén 1 rész hélium-4 Tömeg szerint), az univerzum szinte minden neutronja csapdába esett a hélium-4-ben.
minden nehezebb elemet-beleértve azokat is, amelyek szükségesek a sziklás bolygókhoz, például a Földhöz, valamint a szénalapú vagy más élethez—tehát a Nagy Bumm óta olyan csillagokban kellett előállítani, amelyek elég forróak voltak ahhoz, hogy a hidrogénnél nehezebb elemeket megolvasszák. A hidrogénen és a héliumon kívül ma minden elem az atomanyag tömegének mindössze 2% – át teszi ki az univerzumban., A hélium-4 ezzel szemben az univerzum rendes anyagának mintegy 23%—át teszi ki-szinte az összes olyan közönséges anyag, amely nem hidrogén (1H).