kjernen av helium-4 atom er identisk med en alfa-partikkel. Høy-energi elektron-spredning eksperimenter viser lades det ut til å avta eksponentielt fra et maksimum på et sentralt punkt, akkurat som den lade tetthet av helium ‘ s egen electron skyen., Denne symmetrien reflekterer lignende underliggende fysikk: de to nøytroner og de to protoner i helium er kjernen adlyde den kvantemekaniske regler som gjør helium er par av elektroner (selv om den kjernefysiske partikler er underlagt en annen kjernefysisk bindende potensielle), slik at alle disse fermions fullt okkupere 1s orbitals i par, og ingen av dem har orbital drivmoment, og hver avbryte den andre er iboende spinn., Legge til en annen av noen av disse partiklene ville kreve drivmoment, og ville slippe betydelig mindre energi (faktisk, ingen kjerne med fem nucleons er stabil). Denne ordningen er dermed energisk svært stabil for alle disse partiklene, og denne stabiliteten står for mange avgjørende fakta om helium i naturen.,
For eksempel, stabilitet og lav energi elektron sky av helium fører til helium er kjemisk treghet (den mest ekstreme av alle elementene), og også mangelen på samhandling av helium atomer med hver andre (som produserer den laveste smelter og koker poeng av alle elementene).
På en lignende måte, spesielt energisk stabilitet av helium-4 kjernen, produsert av lignende virkninger, kontoer for enkel helium-4 produksjon i atomic reaksjoner som involverer både tung-partikkel-utslipp og fusion., Noen stabile helium-3 er produsert i fusjon reaksjoner fra hydrogen, men det er en svært liten andel, sammenlignet med den svært energetisk gunstig produksjon av helium-4. Stabilitet av helium-4 er grunnen til at hydrogen omdannes til helium-4, og ikke deuterium (hydrogen-2) eller helium-3 eller andre tyngre elementer under fusjon reaksjoner i Solen. Det er også delvis ansvarlig for alfa-partikkel blir langt den mest vanlige typen av baryonic partikkel med å bli kastet ut fra en atomkjerne, med andre ord, alfa forfall er langt mer vanlig enn klynge forfall.,
Bindende energi per nucleon av felles isotoper. Bindende energi per partikkel av helium-4 er betydelig større enn alle i nærheten nuclides.
Den uvanlige stabilitet av helium-4 kjernen er også viktig cosmologically. Det forklarer det faktum at, i de første minuttene etter Big Bang, som «suppe» av frie protoner og nøytroner som i utgangspunktet hadde blitt opprettet i om en 6:1-forhold kjølt ned til det punktet hvor kjernefysisk bindende var mulig, nesten alle atomic kjerner for å danne var helium-4 kjerner., Binding av nucleons i helium-4 er så stramt at produksjonen konsumert nesten alle frie nøytroner i et par minutter, før de kunne beta forfall, og venstre svært få å danne tyngre atomer (spesielt litium, beryllium, og boron). Energien av helium-4 kjernefysiske bindende per nucleon er sterkere enn i noen av de elementene (se nucleogenesis og bindende energi), og dermed ingen energisk «drive» ble tilgjengelig for å gjøre elementer 3, 4 og 5 når helium hadde blitt dannet. Det er knapt energetisk gunstig for helium til sikring til neste element med en høyere energi per nucleon (karbon)., Imidlertid, på grunn av sjeldenhet av alle elementene, og ekstrem ustabilitet av beryllium-8 (produktet når to 4He kjerner sikring), kan denne prosessen trenger tre heliumkjerner slående hverandre nesten samtidig (se trippel-alfa prosessen). Det var dermed ikke tid til betydelig carbon å være dannet i noen minutter etter Big Bang, før den tidlig å utvide universet kjøles ned til den temperaturen og trykket der helium blanding av carbon ikke lenger var mulig., Dette førte til at de tidlige universet med en svært lik hydrogen–helium-forhold som er observert i dag (3 deler hydrogen og 1 del helium-4 av masse), med nesten alle nøytroner i universet fanget i helium-4.
Alle tyngre elementer—inkludert de som er nødvendig for rocky planeter som Jorden, og for karbon-basert eller andre liv—og dermed måtte være produsert, siden Big Bang, i stjerner som var varmt nok til sikring elementer tyngre enn hydrogen. Alle andre elementer enn hydrogen og helium i dag står for kun 2% av massen av atomic materie i universet., Helium-4, derimot, utgjør ca 23% av universets vanlig materie—nesten all vanlig materie som ikke er hydrogen (1H).