A measurement of the inelastic proton-proton cross section with the CMS detector at a center-of-mass energy of $\sqrt{s} =$ 13 TeV is presented. The analysis is based on events with energy deposits in the forward calorimeters, which cover pseudorapidities of -6.6 $< \eta <$ -3.0 and +3.0 $< \eta <$ +5.2. An inelastic cross section of 68.6 $\pm$ 0.5 (syst) $\pm$ 1.6 (lumi) mb is obtained for events with $M_\mathrm{X} >$ 4.1 GeV and/or $M_\mathrm{Y} >$ 13 GeV, where $M_\mathrm{X}$ and $M_\mathrm{Y}$ are the masses of the diffractive dissociation systems at negative and positive pseudorapidities, respectively. The results are compared with those from other experiments as well as to predictions from high-energy hadron-hadron interaction models.

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.

A bstract A measurement of the $ \Lambda_{\mathrm{b}}^0 $ lifetime using the decay $ {{{\Lambda_{\mathrm{b}}^0\to J}} \left/ {{\psi \varLambda }} \right.} $ in protonproton collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV is presented. The data set, corresponding to an integrated luminosity of about 5 fb −1 , was recorded with the CMS experiment at the Large Hadron Collider using triggers that selected dimuon events in the J/ ψ mass region. The $ \Lambda_{\mathrm{b}}^0 $ lifetime is measured to be 1.503 ± 0.052 (stat.) ± 0.031 (syst.) ps.

A bstract A search is presented for a singly produced third-generation scalar leptoquark decaying to a τ lepton and a bottom quark. Associated production of a leptoquark and a τ lepton is considered, leading to a final state with a bottom quark and two τ leptons. The search uses proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb −1 . Upper limits are set at 95% confidence level on the production cross section of the third-generation scalar leptoquarks as a function of their mass. From a comparison of the results with the theoretical predictions, a third-generation scalar leptoquark decaying to a τ lepton and a bottom quark, assuming unit Yukawa coupling ( λ ), is excluded for masses below 740 GeV. Limits are also set on λ of the hypothesized leptoquark as a function of its mass. Above λ = 1.4, this result provides the best upper limit on the mass of a third-generation scalar leptoquark decaying to a τ lepton and a bottom quark.

The first evidence for the Higgs boson decay to a Z boson and a photon is presented, with a statistical significance of 3.4 standard deviations. The result is derived from a combined analysis of the searches performed by the ATLAS and CMS Collaborations with proton-proton collision datasets collected at the CERN Large Hadron Collider (LHC) from 2015 to 2018. These correspond to integrated luminosities of around 140 fb^{-1} for each experiment, at a center-of-mass energy of 13 TeV. The measured signal yield is 2.2±0.7 times the standard model prediction, and agrees with the theoretical expectation within 1.9 standard deviations.

Measurements of neutral current Drell-Yan production at large invariant dilepton masses can be used to test the energy scale dependence (running) of the electroweak mixing angle. In this work, we make use of a novel implementation of the full next-to-leading order electroweak radiative corrections to the Drell-Yan process using the $\overline{\mathrm{MS}}$ renormalization scheme for the electroweak mixing angle. The potential of future analyses using proton-proton collisions at $\sqrt{s}=13.6~\mathrm{TeV}$ in the Run 3 and High-Luminosity phases of the LHC is explored. In this way, the Standard Model predictions for the $\overline{\mathrm{MS}}$ running at $\mathrm{TeV}$ scales can be probed.

Abstract Ultrarelativistic nuclear collisions create a strongly interacting state of hot and dense quark–gluon matter that exhibits a remarkable collective flow behavior with minimal viscous dissipation. To gain deeper insights into its intrinsic nature and fundamental degrees of freedom, we determine the speed of sound in an extended volume of quark–gluon plasma using lead–lead (PbPb) collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV. The data were recorded by the CMS experiment at the CERN LHC and correspond to an integrated luminosity of 0.607 nb −1 . The measurement is performed by studying the multiplicity dependence of the average transverse momentum of charged particles emitted in head-on PbPb collisions. Our findings reveal that the speed of sound in this matter is nearly half the speed of light, with a squared value of 0.241 ± 0.002  ( stat ) ± 0.016  ( syst ) in natural units. The effective medium temperature, estimated using the mean transverse momentum, is 219 ± 8  ( syst )  MeV . The measured squared speed of sound at this temperature aligns precisely with predictions from lattice quantum chromodynamic (QCD) calculations. This result provides a stringent constraint on the equation of state of the created medium and direct evidence for a deconfined QCD phase being attained in relativistic nuclear collisions.

The observation of WWγ production in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV with an integrated luminosity of 138 fb^{-1} is presented. The observed (expected) significance is 5.6 (5.1) standard deviations. Events are selected by requiring exactly two leptons (one electron and one muon) of opposite charge, moderate missing transverse momentum, and a photon. The measured fiducial cross section for WWγ is 5.9±0.8(stat)±0.8(syst)±0.7(modeling) fb, in agreement with the next-to-leading order quantum chromodynamics prediction. The analysis is extended with a search for the associated production of the Higgs boson and a photon, which is generated by a coupling of the Higgs boson to light quarks. The result is used to constrain the Higgs boson couplings to light quarks.

A bstract A search is presented for a third-generation leptoquark (LQ) coupled exclusively to a τ lepton and a b quark. The search is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . Events with τ leptons and a varying number of jets originating from b quarks are considered, targeting the single and pair production of LQs, as well as nonresonant t -channel LQ exchange. An excess is observed in the data with respect to the background expectation in the combined analysis of all search regions. For a benchmark LQ mass of 2 TeV and an LQ-b-τ coupling strength of 2.5, the excess reaches a local significance of up to 2.8 standard deviations. Upper limits at the 95% confidence level are placed on the LQ production cross section in the LQ mass range 0.5–2.3 TeV, and up to 3 TeV for t -channel LQ exchange. Leptoquarks are excluded below masses of 1.22–1.88 TeV for different LQ models and varying coupling strengths up to 2.5. The study of nonresonant ττ production through t -channel LQ exchange allows lower limits on the LQ mass of up to 2.3 TeV to be obtained.

Differential cross sections are measured for the standard model Higgs boson produced in association with vector bosons (W, Z) and decaying to a pair of b quarks. Measurements are performed within the framework of the simplified template cross sections. The analysis relies on the leptonic decays of the W and Z bosons, resulting in final states with 0, 1, or 2 electrons or muons. The Higgs boson candidates are either reconstructed from pairs of resolved b-tagged jets, or from single large-radius jets containing the particles arising from two b quarks. Proton-proton collision data at s=13  TeV, collected by the CMS experiment in 2016–2018 and corresponding to a total integrated luminosity of 138  fb−1, are analyzed. The inclusive signal strength, defined as the product of the observed production cross section and branching fraction relative to the standard model expectation, combining all analysis categories, is found to be μ=1.15−0.20+0.22. This corresponds to an observed (expected) significance of 6.3 (5.6) standard deviations. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration 2024 CERN