kärnan i helium-4-atomen är identisk med en alfa-partikel. Högenergielektronspridningsexperiment visar sin laddning att minska exponentiellt från ett maximum vid en central punkt, precis som laddningstätheten hos Heliums egna elektronmoln., Denna symmetri återspeglar liknande underliggande fysik: paret neutroner och paret protoner i Heliums kärna följer samma kvantmekaniska regler som Heliums par elektroner (även om kärnpartiklarna är föremål för en annan kärnbindningspotential), så att alla dessa fermioner fullt ut upptar 1s orbitaler i par, ingen av dem har orbital vinkelmoment och varje avbryter den andras inneboende spinn., Att lägga till en annan av någon av dessa partiklar skulle kräva vinkelmoment och skulle frigöra betydligt mindre energi (i själva verket är ingen kärna med fem nukleoner stabil). Detta arrangemang är således energiskt extremt stabilt för alla dessa partiklar, och denna stabilitet står för många viktiga fakta om helium i naturen.,
till exempel orsakar stabiliteten och låg energi hos elektronmolnet av helium Heliums kemiska inerthet (den mest extrema av alla element), och även bristen på interaktion mellan heliumatomer med varandra (som producerar de lägsta smältpunkterna och kokpunkterna för alla element).
på liknande sätt står den särskilda energiska stabiliteten hos helium-4-kärnan, som produceras av liknande effekter, för enkel helium-4-produktion i atomreaktioner som involverar både tungpartikelutsläpp och fusion., Vissa stabila helium-3 produceras i fusionsreaktioner från väte, men det är en mycket liten fraktion, jämfört med den mycket energiskt gynnsamma produktionen av helium-4. Stabiliteten hos helium-4 är anledningen till att väte omvandlas till helium-4, och inte Deuterium (väte-2) eller helium-3 eller andra tyngre element under fusionsreaktioner i solen. Det är också delvis ansvarig för att alfa-partikeln är den överlägset vanligaste typen av baryonisk partikel som ska utstötas från en atomkärna; med andra ord är alfaförfall mycket vanligare än klusterförfall.,
bindande energi per nukleon av vanliga isotoper. Bindningsenergin per partikel av helium-4 är signifikant större än alla närliggande nuklider.
den ovanliga stabiliteten hos helium-4-kärnan är också viktig kosmologiskt. Det förklarar det faktum att under de första minuterna efter Big Bang, som ”soppa” av fria protoner och neutroner som ursprungligen hade skapats i ungefär ett 6:1-förhållande kylt till den punkt där kärnbindning var möjlig, var nästan alla atomkärnor att bilda helium-4-kärnor., Bindningen av nukleonerna i helium-4 är så tätt att dess produktion förbrukade nästan alla fria neutroner om några minuter, innan de kunde betaförfall och lämnade väldigt få för att bilda tyngre atomer (särskilt litium, beryllium och bor). Energin i helium – 4 kärnbindning per nukleon är starkare än i något av dessa element (se nukleogenes och bindande energi), och därmed ingen energisk ”enhet” var tillgänglig för att göra Element 3, 4 och 5 när helium hade bildats. Det är knappt energiskt gynnsamt för helium att smälta in i nästa element med en högre energi per nukleon (kol)., På grund av sällsyntheten hos mellanliggande element och extrem instabilitet hos beryllium-8 (produkten när två 4HE kärnor säkring) behöver denna process tre heliumkärnor som slår varandra nästan samtidigt (se triple alpha process). Det fanns således ingen tid för betydande kol att bildas inom några minuter efter Big Bang, innan det tidiga expanderande universum kyldes till temperatur och tryck där helium fusion till KOL inte längre var möjligt., Detta lämnade det tidiga universum med ett mycket liknande väteheliumförhållande som observeras idag (3 delar väte till 1 del helium-4 i massa), med nästan alla neutroner i universum fångade i helium-4.
alla tyngre element-inklusive de som är nödvändiga för steniga planeter som jorden och för kolbaserade eller andra liv-måste därför produceras, eftersom Big Bang, i stjärnor som var tillräckligt heta för att smälta element tyngre än väte. Alla andra element än väte och helium står idag för endast 2% av massan av atommaterial i universum., Helium-4 utgör däremot cirka 23% av universums vanliga Materia—nästan all vanlig materia som inte är väte (1H).