ヘリウム二量体
分子軌道法に基づくと、原子間の化学結合は形成できずHe2は存在しないはずである。しかし、液体ヘリウムの存在で見られるように、ヘリウム原子間にはファンデルワールス力が存在し、ある原子間距離の範囲で引力が斥力を上回る。そのため、ファンデルワールス力で結合した2つのヘリウム原子からなる分子が存在しうる。この分子の存在は1928年にJohn Clarke Slaterにより提唱された。
He2は、5200 pmという結合長の長さのため、基底状態で既知の最も大きな二原子分子である。結合エネルギーはわずか1.3 mK(10eV、1.1×10 kcal/mol、150nano eV)であり、水素分子の共有結合と比べて結合の強さは5000倍弱い。
63.86 eVのエネルギーの単一光子により、二量体の両方のヘリウム原子がイオン化されうる。これは、光子が1つの原子から1つの電子を放出させ、その電子がもう一方のヘリウム原子と衝突してイオン化させるためと説明されている。2つのヘリウム陽イオンは反発し、同じ速度で反対方向に飛んでいく。