The Review summarizes much of particle physics and cosmology. Using data from previous editions, plus 3,062 new measurements from 721 papers, we list, evaluate, and average measured properties of gauge bosons and the recently discovered Higgs boson, leptons, quarks, mesons, and baryons. We summarize searches for hypothetical particles such as supersymmetric particles, heavy bosons, axions, dark photons, etc. All the particle properties and search limits are listed in Summary Tables. We also give numerous tables, figures, formulae, and reviews of topics such as Higgs Boson Physics, Supersymmetry, Grand Unified Theories, Neutrino Mixing, Dark Energy, Dark Matter, Cosmology, Particle Detectors, Colliders, Probability and Statistics. Among the 117 reviews are many that are new or heavily revised, including those on Pentaquarks and Inflation.

Designed as a high-sensitivity gamma-ray observatory, the Fermi Large Area Telescope is also an electron detector with a large acceptance exceeding 2 m;{2} sr at 300 GeV. Building on the gamma-ray analysis, we have developed an efficient electron detection strategy which provides sufficient background rejection for measurement of the steeply falling electron spectrum up to 1 TeV. Our high precision data show that the electron spectrum falls with energy as E-3.0 and does not exhibit prominent spectral features. Interpretations in terms of a conventional diffusive model as well as a potential local extra component are briefly discussed.

We measured separate cosmic-ray electron and positron spectra with the Fermi Large Area Telescope. Because the instrument does not have an onboard magnet, we distinguish the two species by exploiting the Earth's shadow, which is offset in opposite directions for opposite charges due to the Earth's magnetic field. We estimate and subtract the cosmic-ray proton background using two different methods that produce consistent results. We report the electron-only spectrum, the positron-only spectrum, and the positron fraction between 20 GeV and 200 GeV. We confirm that the fraction rises with energy in the 20-100 GeV range. The three new spectral points between 100 and 200 GeV are consistent with a fraction that is continuing to rise with energy.

Satellite galaxies of the Milky Way are among the most promising targets for dark matter searches in gamma rays. We present a search for dark matter consisting of weakly interacting massive particles, applying a joint likelihood analysis to 10 satellite galaxies with 24 months of data of the Fermi Large Area Telescope. No dark matter signal is detected. Including the uncertainty in the dark matter distribution, robust upper limits are placed on dark matter annihilation cross sections. The 95% confidence level upper limits range from about 10(-26) cm3 s(-1) at 5 GeV to about 5×10(-23) cm3 s(-1) at 1 TeV, depending on the dark matter annihilation final state. For the first time, using gamma rays, we are able to rule out models with the most generic cross section (∼3×10(-26) cm3 s(-1) for a purely s-wave cross section), without assuming additional boost factors.

The Collider Detector at Fermilab (CDF) is a 5000 t magnetic detector built to study 2 TeV pp collisions at the Fermilab Tevatron. Event analysis is based on charged particle tracking, magnetic momentum analysis and fine-grained calorimetry. The combined electromagnetic and hadron calorimetry has approximately uniform granularity in rapidity-azimuthal angle and extends down to 2° from the beam direction. Various tracking chambers cover the calorimeter acceptance and extend charged particle tracking down to 2 mrad from the beam direction. Charged particle momenta are analyzed in a 1.5 T solenoidal magnetic field, generated by a superconducting coil which is 3 m in diameter and 5 m in length. The central tracking chamber measures particle momenta with a resolution better then δpT/pT2 = 2 × 10−3 (GeV/c)−1 in the region 40° < θ < 140° and δPT/pT2 ≤ 4 × 10−3 for 21° < θ < 40° and 140° < θ < 159°. The calorimetry, which has polar angle coverage from 2° to 178° and full azimuthal coverage, consists of electromagnetic shower counters and hadron calorimeters, and is segmented into about 5000 projective "towers" or solid angle elements. Muon coverage is provided by drift chambers in the region 56° < θ < 124°, and by large forward toroid systems in the range 3° < θ < 16° and 164° < θ < 177°. Isolated high momentum muons can be identified in the intermediate angular range by a comparison of the tracking and calorimeter information in many cases. A custom front-end electronics system followed by a large Fastbus network provides the readout of the approximately 100 000 detector channels. Fast Level 1 and Level 2 triggers make a detailed pre-analysis of calorimetry and tracking information; a Level 3 system of on-line processors will do parallel processing of events. This paper provides a summary of the aspects of the detector which are relevant to its physics capabilities, with references to more detailed descriptions of the subsystems.

The dwarf spheroidal satellite galaxies of the Milky Way are some of the most dark-matter-dominated objects known. Due to their proximity, high dark matter content, and lack of astrophysical backgrounds, dwarf spheroidal galaxies are widely considered to be among the most promising targets for the indirect detection of dark matter via $\ensuremath{\gamma}$ rays. Here we report on $\ensuremath{\gamma}$-ray observations of 25 Milky Way dwarf spheroidal satellite galaxies based on 4 years of Fermi Large Area Telescope (LAT) data. None of the dwarf galaxies are significantly detected in $\ensuremath{\gamma}$ rays, and we present $\ensuremath{\gamma}$-ray flux upper limits between 500 MeV and 500 GeV. We determine the dark matter content of 18 dwarf spheroidal galaxies from stellar kinematic data and combine LAT observations of 15 dwarf galaxies to constrain the dark matter annihilation cross section. We set some of the tightest constraints to date on the annihilation of dark matter particles with masses between 2 GeV and 10 TeV into prototypical standard model channels. We find these results to be robust against systematic uncertainties in the LAT instrument performance, diffuse $\ensuremath{\gamma}$-ray background modeling, and assumed dark matter density profile.

The Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT, hereafter LAT), the primary instrument on the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi) mission, is an imaging, wide field-of-view, high-energy \gamma-ray telescope, covering the energy range from 20 MeV to more than 300 GeV. During the first years of the mission the LAT team has gained considerable insight into the in-flight performance of the instrument. Accordingly, we have updated the analysis used to reduce LAT data for public release as well as the Instrument Response Functions (IRFs), the description of the instrument performance provided for data analysis. In this paper we describe the effects that motivated these updates. Furthermore, we discuss how we originally derived IRFs from Monte Carlo simulations and later corrected those IRFs for discrepancies observed between flight and simulated data. We also give details of the validations performed using flight data and quantify the residual uncertainties in the IRFs. Finally, we describe techniques the LAT team has developed to propagate those uncertainties into estimates of the systematic errors on common measurements such as fluxes and spectra of astrophysical sources.

Using deep learning to augment structured illumination microscopy (SIM), we obtained a fivefold reduction in the number of raw images required for super-resolution SIM, and generated images under extreme low light conditions (100X fewer photons). We validated the performance of deep neural networks on different cellular structures and achieved multi-color, live-cell super-resolution imaging with greatly reduced photobleaching.