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.

The Compact Muon Solenoid (CMS) detector is described. The detector operates at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. It was conceived to study proton-proton (and lead-lead) collisions at a centre-of-mass energy of 14 TeV (5.5 TeV nucleon-nucleon) and at luminosities up to 1034 cm−2 s−1 (1027 cm−2 s−1). At the core of the CMS detector sits a high-magnetic-field and large-bore superconducting solenoid surrounding an all-silicon pixel and strip tracker, a lead-tungstate scintillating-crystals electromagnetic calorimeter, and a brass-scintillator sampling hadron calorimeter. The iron yoke of the flux-return is instrumented with four stations of muon detectors covering most of the 4π solid angle. Forward sampling calorimeters extend the pseudorapidity coverage to high values (|η| ⩽ 5) assuring very good hermeticity. The overall dimensions of the CMS detector are a length of 21.6 m, a diameter of 14.6 m and a total weight of 12500 t.

The Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), a 20 kton multi-purpose underground liquid scintillator detector, was proposed with the determination of the neutrino mass hierarchy (MH) as a primary physics goal. The excellent energy resolution and the large fiducial volume anticipated for the JUNO detector offer exciting opportunities for addressing many important topics in neutrino and astro-particle physics. In this document, we present the physics motivations and the anticipated performance of the JUNO detector for various proposed measurements. Following an introduction summarizing the current status and open issues in neutrino physics, we discuss how the detection of antineutrinos generated by a cluster of nuclear power plants allows the determination of the neutrino MH at a 3–4σ significance with six years of running of JUNO. The measurement of antineutrino spectrum with excellent energy resolution will also lead to the precise determination of the neutrino oscillation parameters , , and to an accuracy of better than 1%, which will play a crucial role in the future unitarity test of the MNSP matrix. The JUNO detector is capable of observing not only antineutrinos from the power plants, but also neutrinos/antineutrinos from terrestrial and extra-terrestrial sources, including supernova burst neutrinos, diffuse supernova neutrino background, geoneutrinos, atmospheric neutrinos, and solar neutrinos. As a result of JUNO's large size, excellent energy resolution, and vertex reconstruction capability, interesting new data on these topics can be collected. For example, a neutrino burst from a typical core-collapse supernova at a distance of 10 kpc would lead to ∼5000 inverse-beta-decay events and ∼2000 all-flavor neutrino–proton ES events in JUNO, which are of crucial importance for understanding the mechanism of supernova explosion and for exploring novel phenomena such as collective neutrino oscillations. Detection of neutrinos from all past core-collapse supernova explosions in the visible universe with JUNO would further provide valuable information on the cosmic star-formation rate and the average core-collapse neutrino energy spectrum. Antineutrinos originating from the radioactive decay of uranium and thorium in the Earth can be detected in JUNO with a rate of ∼400 events per year, significantly improving the statistics of existing geoneutrino event samples. Atmospheric neutrino events collected in JUNO can provide independent inputs for determining the MH and the octant of the mixing angle. Detection of the 7Be and 8B solar neutrino events at JUNO would shed new light on the solar metallicity problem and examine the transition region between the vacuum and matter dominated neutrino oscillations. Regarding light sterile neutrino topics, sterile neutrinos with and a sufficiently large mixing angle could be identified through a precise measurement of the reactor antineutrino energy spectrum. Meanwhile, JUNO can also provide us excellent opportunities to test the eV-scale sterile neutrino hypothesis, using either the radioactive neutrino sources or a cyclotron-produced neutrino beam. The JUNO detector is also sensitive to several other beyondthe-standard-model physics. Examples include the search for proton decay via the decay channel, search for neutrinos resulting from dark-matter annihilation in the Sun, search for violation of Lorentz invariance via the sidereal modulation of the reactor neutrino event rate, and search for the effects of non-standard interactions. The proposed construction of the JUNO detector will provide a unique facility to address many outstanding crucial questions in particle and astrophysics in a timely and cost-effective fashion. It holds the great potential for further advancing our quest to understanding the fundamental properties of neutrinos, one of the building blocks of our Universe.

CMS is a general purpose experiment, designed to study the physics of pp collisions at 14 TeV at the Large Hadron Collider (LHC). It currently involves more than 2000 physicists from more than 150 institutes and 37 countries. The LHC will provide extraordinary opportunities for particle physics based on its unprecedented collision energy and luminosity when it begins operation in 2007.

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.

The CMS apparatus was identified, a few years before the start of the LHC operation at CERN, to feature properties well suited to particle-flow (PF) reconstruction: a highly-segmented tracker, a fine-grained electromagnetic calorimeter, a hermetic hadron calorimeter, a strong magnetic field, and an excellent muon spectrometer. A fully-fledged PF reconstruction algorithm tuned to the CMS detector was therefore developed and has been consistently used in physics analyses for the first time at a hadron collider. For each collision, the comprehensive list of final-state particles identified and reconstructed by the algorithm provides a global event description that leads to unprecedented CMS performance for jet and hadronic tau decay reconstruction, missing transverse momentum determination, and electron and muon identification. This approach also allows particles from pileup interactions to be identified and enables efficient pileup mitigation methods. The data collected by CMS at a centre-of-mass energy of 8 TeV show excellent agreement with the simulation and confirm the superior PF performance at least up to an average of 20 pileup interactions.

Combined results are reported from searches for the standard model Higgs boson in proton–proton collisions at s=7TeV in five Higgs boson decay modes: γγ, bb, ττ, WW, and ZZ. The explored Higgs boson mass range is 110–600 GeV. The analysed data correspond to an integrated luminosity of 4.6–4.8 fb−1. The expected excluded mass range in the absence of the standard model Higgs boson is 118–543 GeV at 95% CL. The observed results exclude the standard model Higgs boson in the mass range 127–600 GeV at 95% CL, and in the mass range 129–525 GeV at 99% CL. An excess of events above the expected standard model background is observed at the low end of the explored mass range making the observed limits weaker than expected in the absence of a signal. The largest excess, with a local significance of 3.1σ, is observed for a Higgs boson mass hypothesis of 124 GeV. The global significance of observing an excess with a local significance ⩾3.1σ anywhere in the search range 110–600 (110–145) GeV is estimated to be 1.5σ(2.1σ). More data are required to ascertain the origin of the observed excess.

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.

Results on two-particle angular correlations for charged particles emitted in pPb collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV are presented. The analysis uses two million collisions collected with the CMS detector at the LHC. The correlations are studied over a broad range of pseudorapidity, eta, and full azimuth, phi, as a function of charged particle multiplicity and particle transverse momentum, pt. In high-multiplicity events, a long-range (2 < abs(Delta(eta)) < 4), near-side (Delta(phi) approximately 0) structure emerges in the two-particle Delta(eta)-Delta(phi) correlation functions. This is the first observation of such correlations in proton-nucleus collisions, resembling the ridge-like correlations seen in high-multiplicity pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV and in AA collisions over a broad range of center-of-mass energies. The correlation strength exhibits a pronounced maximum in the range of pt = 1-1.5 GeV and an approximately linear increase with charged particle multiplicity for high-multiplicity events. These observations are qualitatively similar to those in pp collisions when selecting the same observed particle multiplicity, while the overall strength of the correlations is significantly larger in pPb collisions.

This paper describes the CMS trigger system and its performance during Run 1 of the LHC. The trigger system consists of two levels designed to select events of potential physics interest from a GHz (MHz) interaction rate of proton-proton (heavy ion) collisions. The first level of the trigger is implemented in hardware, and selects events containing detector signals consistent with an electron, photon, muon, τ lepton, jet, or missing transverse energy. A programmable menu of up to 128 object-based algorithms is used to select events for subsequent processing. The trigger thresholds are adjusted to the LHC instantaneous luminosity during data taking in order to restrict the output rate to 100 kHz, the upper limit imposed by the CMS readout electronics. The second level, implemented in software, further refines the purity of the output stream, selecting an average rate of 400 Hz for offline event storage. The objectives, strategy and performance of the trigger system during the LHC Run 1 are described.