Helium-4

Atom helium-4 mengikut model mekanik kuantum. Sfera hitam di sekeliling nukleus (berwarna merah jambu) atom ini adalah penyebaran awan elektronnya.

Helium-4 (⁴He atau ⁴
₂He) ialah isotop helium yang tidak radioaktif. Ia merupakan isotop helium yang paling banyak di antara dua isotop semula jadinya. Helium-4 membentuk kira-kira 99.99986% daripada keseluruhan helium di Bumi. Nukleusnya, yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron, serupa dengan zarah alfa.

Pereputan alfa unsur-unsur yang lebih berat di dalam kerak Bumi adalah sumber utama bagi helium-4 semula jadi di Bumi. Ia juga dihasilkan melalui pelakuran nuklear dalam bintang-bintang. Kebanyakan helium-4 di dalam Matahari dan di dalam seluruh alam semesta telah terbentuk sejurus selepas peristiwa Letupan Besar; helium jenis ini dikenali sebagai "helium asal". Namun, kebanyakan helium-4 asal telah terlepas dari Bumi ketika Bumi sedang terbentuk dan suhu di Bumi ketika itu amat panas. Pereputan radioaktif unsur-unsur lain yang berlaku selepas planet ini menyejuk dan mengeras adalah sumber utama helium-4 di Bumi.

Satu per empat daripada keseluruhan jirim biasa alam semesta ialah helium-4. Hampir keseluruhan baki jumlah ini adalah hidrogen-1.

Apabila helium-4 disejukkan sehingga mencapai suhu 2.17 K (-271.17 °C), ia menjadi sejenis bendalir super dan memiliki ciri-ciri istimewa yang tidak sama dengan bendalir biasa. Contohnya, sekiranya bendalir super helium-4 disimpan dalam satu bekas terbuka, satu lapisan nipis bendalir ini akan memanjat dinding bekas ini dan melimpah keluar. Fenomena mekanik kuantum ini dipanggil "filem Rollin", dan ia disebabkan oleh kaitan Clausius-Clapeyron serta tidak boleh dijelaskan oleh model mekanik klasik kini, mahupun oleh model nuklear atau elektrik. Jumlah spin nukleus helium-4 ialah satu integer (sifar). Oleh itu, ia adalah sejenis boson (seperti mana atom-atom neutral helium-4). Kini, telah diketahui bahawa kelakuan bendalir super ini merupakan satu manifestasi pemeluwapan Bose-Einstein yang hanya berlaku pada satu kumpulan boson.

Helium-4 juga boleh didapati di Bulan. Di Bumi, helium-4 ialah isotop helium terbanyak.

Atom helium-4

Rencana utama: Atom helium

Atom helium ialah atom kedua paling ringkas yang wujud (yang pertama ialah atom hidrogen), namun elektron tambahannya memasukkan "jasad" ketiga ke dalam sistem ini. Oleh itu, penyelesaian kepada persamaan gelombangnya menjadi satu "masalah tiga jasad" yang tidak mempunyai sebarang penyelesaian analitik. Namun, anggaran-anggaran numerik persamaan-persamaan mekanik kuantum telah memberikan satu anggaran yang baik untuk ciri-ciri atom utama bagi helium-4, seperti saiz dan tenaga pengionannya.