nucleul atomului de heliu-4 este identic cu o particulă alfa. Experimentele de împrăștiere a electronilor de mare energie arată că sarcina sa scade exponențial de la un maxim într-un punct central, Exact la fel ca densitatea de încărcare a norului de electroni al heliului., Această simetrie reflectă similare de fond al sistemului fizica: o pereche de neutroni și o pereche de protoni din nucleul de heliu se supună mecanica cuantică reguli ca face heliul s-a pereche de electroni (deși particulele nucleare sunt supuse la diferite nucleare obligatoriu potențial), astfel încât toate aceste fermioni pe deplin ocupă orbitalii 1s în perechi, niciunul dintre ei nu posedă cinetic orbital, și fiecare anularea alte intrinsecă spin., Adăugarea unei alte particule ar necesita un moment unghiular și ar elibera substanțial mai puțină energie (de fapt, niciun nucleu cu cinci nucleoni nu este stabil). Acest aranjament este astfel extrem de stabil din punct de vedere energetic pentru toate aceste particule, iar această stabilitate explică multe fapte cruciale cu privire la heliu în natură.,de exemplu, stabilitatea și energia scăzută a norului de electroni de heliu determină inerția chimică a heliului (cea mai extremă dintre toate elementele) și, de asemenea, lipsa interacțiunii atomilor de heliu între ei (producând cele mai scăzute puncte de topire și fierbere ale tuturor elementelor).într-un mod similar, stabilitatea energetică particulară a nucleului heliu-4, produsă prin efecte similare, explică ușurința producerii heliului-4 în reacțiile atomice care implică atât emisia de particule grele, cât și fuziunea., Unele heliu-3 stabile sunt produse în reacțiile de fuziune din hidrogen, dar este o fracțiune foarte mică, în comparație cu producția extrem de favorabilă din punct de vedere energetic de heliu-4. Stabilitatea heliului-4 este motivul pentru care hidrogenul este transformat în heliu-4, și nu deuteriu (hidrogen-2) sau heliu-3 sau alte elemente mai grele în timpul reacțiilor de fuziune la soare. De asemenea, este parțial responsabil pentru particula alfa fiind de departe cel mai frecvent tip de particule baryonice care urmează să fie ejectat dintr-un nucleu atomic; cu alte cuvinte, dezintegrarea alfa este mult mai frecventă decât dezintegrarea clusterului.,
energia de legare pe nucleon a izotopilor comuni. Energia de legare pe particulă de heliu-4 este semnificativ mai mare decât toți nuclizii din apropiere.stabilitatea neobișnuită a nucleului heliu-4 este, de asemenea, importantă din punct de vedere cosmologic. Aceasta explică faptul că, în primele minute după Big Bang, ca „supă” de protoni și neutroni liberi care au fost inițial creați într-un raport de 6:1 răcit până la punctul în care a fost posibilă legarea nucleară, aproape toate nucleele atomice care se formează erau nuclee de heliu-4., Legarea nucleonilor în heliu-4 este atât de strânsă încât producția sa a consumat aproape toți neutronii liberi în câteva minute, înainte de a putea dezintegra beta, și a lăsat foarte puțini pentru a forma atomi mai grei (în special litiu, beriliu și bor). Energia legării nucleare a heliului-4 pe nucleon este mai puternică decât în oricare dintre aceste elemente (vezi nucleogeneza și energia de legare) și, prin urmare, nu a fost disponibilă nicio „unitate” energetică pentru a face elementele 3, 4 și 5 Odată ce heliul a fost format. Este abia favorabil din punct de vedere energetic ca heliul să fuzioneze în următorul element cu o energie mai mare per nucleon (carbon)., Cu toate acestea, datorită rarității elementelor intermediare și instabilității extreme a beriliului-8 (produsul când două nuclee 4HE fuzionează), acest proces are nevoie de trei nuclee de heliu care se lovesc aproape simultan (a se vedea procesul triple alpha). Prin urmare, nu a existat timp pentru formarea unui carbon semnificativ în câteva minute după Big Bang, înainte ca universul în expansiune timpurie să se răcească la temperatura și presiunea în care fuziunea heliului cu carbon nu mai era posibilă., Acest lucru a lăsat universul timpuriu cu un raport hidrogen-heliu foarte similar cu cel observat astăzi (3 părți hidrogen la 1 parte heliu-4 în masă), aproape toți neutronii din univers fiind prinși în heliu-4.
Toate elementele mai grele—inclusiv cele necesare pentru rocky planete ca Pământul, și pe bază de carbon sau alte de viață a avut, astfel, pentru a fi produse, de la Big Bang, în stele, care au fost suficient de fierbinte pentru a fuziona elemente mai grele decât hidrogenul. Toate elementele, altele decât hidrogenul și heliul, reprezintă astăzi doar 2% din masa materiei atomice din univers., Heliul-4, în schimb, reprezintă aproximativ 23% din materia obișnuită a universului—aproape toată materia obișnuită care nu este hidrogen (1h).