jądro atomu helu-4 jest identyczne z cząstką Alfa. Eksperymenty z rozpraszaniem elektronów o wysokiej energii pokazują, że jego ładunek zmniejsza się wykładniczo z maksimum w centralnym punkcie, dokładnie tak, jak gęstość ładunku własnego obłoku elektronowego helu., Symetria ta odzwierciedla podobną podstawową fizykę: para neutronów i para protonów w jądrze helu przestrzega tych samych zasad mechaniki kwantowej, co para elektronów helu (chociaż cząstki jądrowe podlegają innemu potencjałowi wiązania jądrowego), tak że wszystkie te fermiony w pełni zajmują orbitale 1s w parach, żaden z nich nie posiada orbitalnego momentu pędu, a każdy z nich anuluje wewnętrzny spin spinu drugiego., Dodanie kolejnej z tych cząstek wymagałoby momentu pędu i uwolniłoby znacznie mniej energii (w rzeczywistości żadne jądro z pięcioma nukleonami nie jest stabilne). Układ ten jest więc energetycznie niezwykle stabilny dla wszystkich tych cząstek, a ta stabilność stanowi wiele istotnych faktów dotyczących helu w przyrodzie.,
na przykład stabilność i niska energia obłoku elektronowego helu powoduje bezwładność chemiczną helu (najbardziej ekstremalną ze wszystkich pierwiastków), a także brak interakcji atomów helu ze sobą (wytwarzając najniższe temperatury topnienia i wrzenia wszystkich pierwiastków).
w podobny sposób szczególna stabilność energetyczna jądra helu-4, wytwarzana przez podobne efekty, odpowiada za łatwość produkcji helu-4 w reakcjach atomowych obejmujących zarówno emisję ciężkich cząstek, jak i fuzję., Niektóre stabilne hel-3 powstaje w reakcjach termojądrowych z wodoru, ale jest to bardzo mała frakcja, w porównaniu z bardzo korzystną energetycznie produkcją helu-4. Stabilność helu-4 jest powodem, że podczas reakcji termojądrowych w słońcu wodór jest przekształcany w hel-4, a nie Deuter (Wodór-2) lub hel-3 lub inne cięższe pierwiastki. Jest również częściowo odpowiedzialny za to, że cząstka alfa jest zdecydowanie najczęstszym rodzajem cząstki barionowej wyrzucanej z jądra atomowego; innymi słowy, rozpad alfa jest o wiele bardziej powszechny niż rozpad klastra.,
energia wiązania na nukleon izotopów zwykłych. Energia wiązania na cząsteczkę helu-4 jest znacznie większa niż wszystkie pobliskie nuklidy.
niezwykła stabilność jądra helu-4 jest również ważna kosmologicznie. Wyjaśnia to fakt, że w ciągu pierwszych kilku minut po Wielkim Wybuchu, jako „zupa” wolnych protonów i neutronów, które początkowo powstały w około 6:1 stosunek ochłodzony do punktu, w którym Wiązanie jądrowe było możliwe, prawie wszystkie jądra atomowe do utworzenia były jądrami helu-4., Wiązanie nukleonów w Helu-4 jest tak ciasne, że jego produkcja pochłonęła prawie wszystkie wolne neutrony w ciągu kilku minut, zanim mogły rozpadać się beta, i pozostawiła bardzo niewiele do utworzenia cięższych atomów (zwłaszcza litu, berylu i boru). Energia wiązania jądrowego helu-4 na nukleon jest silniejsza niż w którymkolwiek z tych pierwiastków (zob. nukleogeneza i energia wiązania), a zatem nie był dostępny żaden energetyczny „napęd” do tworzenia pierwiastków 3, 4 i 5 Po utworzeniu helu. Jest to mało energicznie korzystne dla Helu, aby połączyć się z następnym pierwiastkiem o wyższej energii na nukleon (węgiel)., Jednak ze względu na rzadkość pierwiastków pośrednich i ekstremalną niestabilność berylu-8 (produktu, gdy dwa jądra 4He łączą się), proces ten wymaga trzech jąder helu uderzających prawie jednocześnie (Zobacz proces potrójnego Alfa). Nie było więc czasu na powstanie znaczącego węgla w ciągu kilku minut po Wielkim Wybuchu, zanim wczesny rozszerzający się wszechświat ochłodził się do temperatury i ciśnienia, gdzie fuzja Helu z węglem nie była już możliwa., We wczesnym Wszechświecie zaobserwowano bardzo podobny stosunek wodoru do helu (3 części wodoru do 1 części helu-4 masowo), z prawie wszystkimi neutronami we wszechświecie uwięzionymi w Helu-4.
wszystkie cięższe pierwiastki—w tym te niezbędne dla planet skalistych, takich jak Ziemia, oraz dla życia opartego na węglu lub innym-musiały więc być wytwarzane, od Wielkiego Wybuchu, w gwiazdach, które były wystarczająco gorące, aby łączyć pierwiastki cięższe od wodoru. Wszystkie pierwiastki inne niż wodór i hel stanowią obecnie tylko 2% masy materii atomowej we wszechświecie., Natomiast Hel-4 stanowi około 23% zwykłej materii wszechświata—prawie całą zwykłą materię, która nie jest Wodorem (1H).