Results are presented from searches for the standard model Higgs boson in proton-proton collisions at sqrt(s) = 7 and 8 TeV in the Compact Muon Solenoid experiment at the LHC, using data samples corresponding to integrated luminosities of up to 5.1 inverse femtobarns at 7 TeV and 5.3 inverse femtobarns at 8 TeV. The search is performed in five decay modes: gamma gamma, ZZ, WW, tau tau, and b b-bar. An excess of events is observed above the expected background, with a local significance of 5.0 standard deviations, at a mass near 125 GeV, signalling the production of a new particle. The expected significance for a standard model Higgs boson of that mass is 5.8 standard deviations. The excess is most significant in the two decay modes with the best mass resolution, gamma gamma and ZZ; a fit to these signals gives a mass of 125.3 +/- 0.4 (stat.) +/- 0.5 (syst.) GeV. The decay to two photons indicates that the new particle is a boson with spin different from one.

Results on two-particle angular correlations for charged particles emitted in proton-proton collisions at center-of-mass energies of 0.9, 2.36, and 7 TeV are presented, using data collected with the CMS detector over a broad range of pseudorapidity (η) and azimuthal angle (ϕ). Short-range correlations in Δη, which are studied in minimum bias events, are characterized using a simple “independent cluster” parametrization in order to quantify their strength (cluster size) and their extent in η (cluster decay width). Long-range azimuthal correlations are studied differentially as a function of charged particle multiplicity and particle transverse momentum using a 980 nb−1 data set at 7 TeV. In high multiplicity events, a pronounced structure emerges in the two-dimensional correlation function for particle pairs with intermediate p T of 1–3 GeV/c, 2.0 < |Δη| < 4.8 and Δϕ ≈ 0. This is the first observation of such a long-range, near-side feature in two-particle correlation functions in pp or $$ p\overline p $$ collisions.

Properties of the Higgs boson with mass near 125 $$\,\text {GeV}$$ are measured in proton-proton collisions with the CMS experiment at the LHC. Comprehensive sets of production and decay measurements are combined. The decay channels include $$\gamma \gamma $$ , $$\mathrm{Z}\mathrm{Z}$$ , $$\mathrm{W}\mathrm{W}$$ , $$\tau \tau $$ , $$\mathrm{b} \mathrm{b} $$ , and $$\mu \mu $$ pairs. The data samples were collected in 2011 and 2012 and correspond to integrated luminosities of up to 5.1 $$\,\text {fb}^\text {-1}$$ at 7 $$\,\text {TeV}$$ and up to 19.7 $$\,\text {fb}^\text {-1}$$ at 8 $$\,\text {TeV}$$ . From the high-resolution $$\gamma \gamma $$ and $$\mathrm{Z}\mathrm{Z}$$ channels, the mass of the Higgs boson is determined to be $$125.02\,^{+0.26}_{-0.27} \,\text {(stat)} \,^{+0.14}_{-0.15} \,\text {(syst)} \,\text {GeV} $$ . For this mass value, the event yields obtained in the different analyses tagging specific decay channels and production mechanisms are consistent with those expected for the standard model Higgs boson. The combined best-fit signal relative to the standard model expectation is $$1.00\,\pm 0.09\,\text {(stat)} \,^{+0.08}_{-0.07}\,\text {(theo)} \,\pm 0.07\,\text {(syst)} $$ at the measured mass. The couplings of the Higgs boson are probed for deviations in magnitude from the standard model predictions in multiple ways, including searches for invisible and undetected decays. No significant deviations are found.

Jet production in PbPb collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 2.76 TeV was studied with the CMS detector at the LHC, using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 6.7 inverse microbarns. Jets are reconstructed using the energy deposited in the CMS calorimeters and studied as a function of collision centrality. With increasing collision centrality, a striking imbalance in dijet transverse momentum is observed, consistent with jet quenching. The observed effect extends from the lower cut-off used in this study (jet transverse momentum = 120 GeV/c) up to the statistical limit of the available data sample (jet transverse momentum approximately 210 GeV/c). Correlations of charged particle tracks with jets indicate that the momentum imbalance is accompanied by a softening of the fragmentation pattern of the second most energetic, away-side jet. The dijet momentum balance is recovered when integrating low transverse momentum particles distributed over a wide angular range relative to the direction of the away-side jet.

A detailed description is reported of the analysis used by the CMS Collaboration in the search for the standard model Higgs boson in pp collisions at the LHC, which led to the observation of a new boson. The data sample corresponds to integrated luminosities up to 5.1 inverse femtobarns at sqrt(s) = 7 TeV, and up to 5.3 inverse femtobarns at sqrt(s) = 8 TeV. The results for five Higgs boson decay modes gamma gamma, ZZ, WW, tau tau, and bb, which show a combined local significance of 5 standard deviations near 125 GeV, are reviewed. A fit to the invariant mass of the two high resolution channels, gamma gamma and ZZ to 4 ell, gives a mass estimate of 125.3 +/- 0.4 (stat) +/- 0.5 (syst) GeV. The measurements are interpreted in the context of the standard model Lagrangian for the scalar Higgs field interacting with fermions and vector bosons. The measured values of the corresponding couplings are compared to the standard model predictions. The hypothesis of custodial symmetry is tested through the measurement of the ratio of the couplings to the W and Z bosons. All the results are consistent, within their uncertainties, with the expectations for a standard model Higgs boson.

The performance of muon reconstruction, identification, and triggering in CMS has been studied using 40 inverse picobarns of data collected in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV at the LHC in 2010. A few benchmark sets of selection criteria covering a wide range of physics analysis needs have been examined. For all considered selections, the efficiency to reconstruct and identify a muon with a transverse momentum pT larger than a few GeV is above 95% over the whole region of pseudorapidity covered by the CMS muon system, abs(eta) < 2.4, while the probability to misidentify a hadron as a muon is well below 1%. The efficiency to trigger on single muons with pT above a few GeV is higher than 90% over the full eta range, and typically substantially better. The overall momentum scale is measured to a precision of 0.2% with muons from Z decays. The transverse momentum resolution varies from 1% to 6% depending on pseudorapidity for muons with pT below 100 GeV and, using cosmic rays, it is shown to be better than 10% in the central region up to pT = 1 TeV. Observed distributions of all quantities are well reproduced by the Monte Carlo simulation.

Charged-hadron transverse-momentum and pseudorapidity distributions in proton-proton collisions at $\sqrt{s}=7\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}$ are measured with the inner tracking system of the CMS detector at the LHC. The charged-hadron yield is obtained by counting the number of reconstructed hits, hit pairs, and fully reconstructed charged-particle tracks. The combination of the three methods gives a charged-particle multiplicity per unit of pseudorapidity $d{N}_{\mathrm{ch}}/d\ensuremath{\eta}{|}_{|\ensuremath{\eta}|<0.5}=5.78\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.01(\mathrm{stat})\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.23(\mathrm{syst})$ for non-single-diffractive events, higher than predicted by commonly used models. The relative increase in charged-particle multiplicity from $\sqrt{s}=0.9$ to 7 TeV is $[66.1\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}1.0(\mathrm{stat})\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}4.2(\mathrm{syst})]%$. The mean transverse momentum is measured to be $0.545\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.005(\mathrm{stat})\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.015(\mathrm{syst})\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}/c$. The results are compared with similar measurements at lower energies.

The transverse momentum spectra of charged particles have been measured in pp and PbPb collisions at $\sqrt{s_{NN}}=2.76~\mathrm{TeV}$ by the CMS experiment at the LHC. In the transverse momentum range p T=5–10 GeV/c, the charged particle yield in the most central PbPb collisions is suppressed by up to a factor of 7 compared to the pp yield scaled by the number of incoherent nucleon–nucleon collisions. At higher p T, this suppression is significantly reduced, approaching roughly a factor of 2 for particles with p T in the range p T=40–100 GeV/c.

A measurement of the single-top-quark t-channel production cross section in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV with the CMS detector at the LHC is presented. Two different and complementary approaches have been followed. The first approach exploits the distributions of the pseudorapidity of the recoil jet and reconstructed top-quark mass using background estimates determined from control samples in data. The second approach is based on multivariate analysis techniques that probe the compatibility of the candidate events with the signal. Data have been collected for the muon and electron final states, corresponding to integrated luminosities of 1.17 and 1.56 inverse femtobarns, respectively. The single-top-quark production cross section in the t-channel is measured to be 67.2 +/- 6.1 pb, in agreement with the approximate next-to-next-to-leading-order standard model prediction. Using the standard model electroweak couplings, the CKM matrix element abs(V[tb]]) is measured to be 1.020 +/- 0.046 (meas.) +/- 0.017 (theor.).

A study of proton-proton collisions in which two b hadrons are produced in association with a Z boson is reported. The collisions were recorded at a centre-of-mass energy of 7 TeV with the CMS detector at the LHC, for an integrated luminosity of 5.2 inverse femtobarns. The b hadrons are identified by means of displaced secondary vertices, without the use of reconstructed jets, permitting the study of b-hadron pair production at small angular separation. Differential cross sections are presented as a function of the angular separation of the b hadrons and the Z boson. In addition, inclusive measurements are presented. For both the inclusive and differential studies, different ranges of Z boson momentum are considered, and each measurement is compared to the predictions from different event generators at leading-order and next-to-leading-order accuracy.