In July 2012, the ATLAS and CMS collaborations at the CERN Large Hadron Collider announced the observation of a Higgs boson at a mass of around 125 gigaelectronvolts. Ten years later, and with the data corresponding to the production of a 30-times larger number of Higgs bosons, we have learnt much more about the properties of the Higgs boson. The CMS experiment has observed the Higgs boson in numerous fermionic and bosonic decay channels, established its spin-parity quantum numbers, determined its mass and measured its production cross-sections in various modes. Here the CMS Collaboration reports the most up-to-date combination of results on the properties of the Higgs boson, including the most stringent limit on the cross-section for the production of a pair of Higgs bosons, on the basis of data from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 teraelectronvolts. Within the uncertainties, all these observations are compatible with the predictions of the standard model of elementary particle physics. Much evidence points to the fact that the standard model is a low-energy approximation of a more comprehensive theory. Several of the standard model issues originate in the sector of Higgs boson physics. An order of magnitude larger number of Higgs bosons, expected to be examined over the next 15 years, will help deepen our understanding of this crucial sector.

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 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.

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.

Abstract A test of lepton flavor universality in  B ±  →  K ±   μ +   μ −  and  B ±  →  K ±   e +   e −  decays, as well as a measurement of differential and integrated branching fractions of a nonresonant  B ±  →  K ±   μ +   μ −  decay are presented. The analysis is made possible by a dedicated data set of proton-proton collisions at  s  = 13  TeV recorded in 2018, by the CMS experiment at the LHC, using a special high-rate data stream designed for collecting about 10 billion unbiased b hadron decays. The ratio of the branching fractions B (  B ±  →  K ±   μ +   μ −  ) to B (  B ±  →  K ±   e +   e −  ) is determined from the measured double ratio R ( K ) of these decays to the respective branching fractions of the  B ±  → J / ψ  K ±  with J / ψ →  μ +   μ −  and  e +   e −  decays, which allow for significant cancellation of systematic uncertainties. The ratio R ( K ) is measured in the range 1.1 <  q 2  < 6.0   GeV 2  , where q is the invariant mass of the lepton pair, and is found to be R ( K ) = 0.78 − 0.23 + 0.47 , in agreement with the standard model expectation R ( K ) ≈ 1 . This measurement is limited by the statistical precision of the electron channel. The integrated branching fraction in the same q 2 range, B (  B ±  →  K ±   μ +   μ −  ) = ( 12.42 ± 0.68 ) ×  10 − 8  , is consistent with the present world-average value and has a comparable precision.

The first observation of the decay Ξb−→ψ(2S)Ξ− and measurement of the branching ratio of Ξb−→ψ(2S)Ξ− to Ξb−→J/ψΞ− are presented. The J/ψ and ψ(2S) mesons are reconstructed using their dimuon decay modes. The results are based on proton-proton colliding beam data from the LHC collected by the CMS experiment at s=13  TeV in 2016–2018, corresponding to an integrated luminosity of 140  fb−1. The branching fraction ratio is measured to be B(Ξb−→ψ(2S)Ξ−)/B(Ξb−→J/ψΞ−)=0.84−0.19+0.21(stat)±0.10(syst)±0.02(B), where the last uncertainty comes from the uncertainties in the branching fractions of the charmonium states. New measurements of the Ξb(5945)0 baryon mass and natural width are also presented, using the Ξb−π+ final state, where the Ξb− baryon is reconstructed through the decays J/ψΞ−, ψ(2S)Ξ−, J/ψΛK−, and J/ψΣ0K−. Finally, the fraction of Ξb− baryons produced from Ξb(5945)0 decays is determined. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration 2024 CERN

A combination of the results of several searches for the electroweak production of the supersymmetric partners of standard model bosons, and of charged leptons, is presented. All searches use proton-proton collision data at s=13  TeV recorded with the CMS detector at the LHC in 2016–2018. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of up to 137  fb−1. The results are interpreted in terms of simplified models of supersymmetry. Two new interpretations are added with this combination: a model spectrum with the bino as the lightest supersymmetric particle together with mass-degenerate Higgsinos decaying to the bino and a standard model boson, and the compressed-spectrum region of a previously studied model of slepton pair production. Improved analysis techniques are employed to optimize sensitivity for the compressed spectra in the wino and slepton pair production models. The results are consistent with expectations from the standard model. The combination provides a more comprehensive coverage of the model parameter space than the individual searches, extending the exclusion by up to 125 GeV, and also targets some of the intermediate gaps in the mass coverage. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration 2024 CERN

A search for the production of long-lived particles in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV at the CERN LHC is presented. The search is based on data collected by the CMS experiment in 2016–2018, corresponding to a total integrated luminosity of 137  fb−1. This search is designed to be sensitive to long-lived particles with mean proper decay lengths between 0.1 and 1000 mm, whose decay products produce a final state with at least one displaced vertex and missing transverse momentum. A machine learning algorithm, which improves the background rejection power by more than an order of magnitude, is applied to improve the sensitivity. The observation is consistent with the standard model background prediction, and the results are used to constrain split supersymmetry (SUSY) and gauge-mediated SUSY breaking models with different gluino mean proper decay lengths and masses. This search is the first CMS search that shows sensitivity to hadronically decaying long-lived particles from signals with mass differences between the gluino and neutralino below 100 GeV. It sets the most stringent limits to date for split-SUSY models and gauge-mediated SUSY breaking models with gluino proper decay length less than 6 mm. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration 2024 CERN