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.

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.

The physics programme and the design are described of a new collider for particle and nuclear physics, the Large Hadron Electron Collider (LHeC), in which a newly built electron beam of 60 GeV, to possibly 140 GeV, energy collides with the intense hadron beams of the LHC. Compared to the first ep collider, HERA, the kinematic range covered is extended by a factor of twenty in the negative four-momentum squared, Q2, and in the inverse Bjorken x, while with the design luminosity of 1033 cm-2 s-1 the LHeC is projected to exceed the integrated HERA luminosity by two orders of magnitude. The physics programme is devoted to an exploration of the energy frontier, complementing the LHC and its discovery potential for physics beyond the Standard Model with high precision deep inelastic scattering measurements. These are designed to investigate a variety of fundamental questions in strong and electroweak interactions. The LHeC thus continues the path of deep inelastic scattering (DIS) into unknown areas of physics and kinematics. The physics programme also includes electron-deuteron and electron-ion scattering in a (Q21/x) range extended by four orders of magnitude as compared to previous lepton-nucleus DIS experiments for novel investigations of neutron's and nuclear structure, the initial conditions of Quark-Gluon Plasma formation and further quantum chromodynamic phenomena. The LHeC may be realised either as a ring-ring or as a linac-ring collider. Optics and beam dynamics studies are presented for both versions, along with technical design considerations on the interaction region, magnets including new dipole prototypes, cryogenics, RF, and further components. A design study is also presented of a detector suitable to perform high precision DIS measurements in a wide range of acceptance using state-of-the art detector technology, which is modular and of limited size enabling its fast installation. The detector includes tagging devices for electron, photon, proton and neutron detection near to the beam pipe. Civil engineering and installation studies are presented for the accelerator and the detector. The LHeC can be built within a decade and thus be operated while the LHC runs in its high-luminosity phase. It so represents a major opportunity for progress in particle physics exploiting the investment made in the LHC.

A joint measurement is presented of the branching fractions $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ and $B^0\to\mu^+\mu^-$ in proton-proton collisions at the LHC by the CMS and LHCb experiments. The data samples were collected in 2011 at a centre-of-mass energy of 7 TeV, and in 2012 at 8 TeV. The combined analysis produces the first observation of the $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ decay, with a statistical significance exceeding six standard deviations, and the best measurement of its branching fraction so far. Furthermore, evidence for the $B^0\to\mu^+\mu^-$ decay is obtained with a statistical significance of three standard deviations. The branching fraction measurements are statistically compatible with SM predictions and impose stringent constraints on several theories beyond the SM.

A bstract Properties of the Higgs boson are measured in the H → ZZ → 4ℓ (ℓ = e, μ ) decay channel. A data sample of proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}=13 $$ s=13 TeV, collected with the CMS detector at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb −1 is used. The signal strength modifier μ , defined as the ratio of the observed Higgs boson rate in the H → ZZ → 4ℓ decay channel to the standard model expectation, is measured to be μ = 1.05 − 0.17 + 0.19 at m H = 125.09 GeV, the combined ATLAS and CMS measurement of the Higgs boson mass. The signal strength modifiers for the individual Higgs boson production modes are also measured. The cross section in the fiducial phase space defined by the requirements on lepton kinematics and event topology is measured to be 2. 92 − 0.44 + 0.48 (stat) − 0.24 + 0.28 (syst)fb, which is compatible with the standard model prediction of 2.76 ± 0.14 fb. Differential cross sections are reported as a function of the transverse momentum of the Higgs boson, the number of associated jets, and the transverse momentum of the leading associated jet. The Higgs boson mass is measured to be m H = 125.26 ± 0.21 GeV and the width is constrained using the on-shell invariant mass distribution to be Γ H < 1.10 GeV, at 95% confidence level.

At the start of Run 2 in 2015, the LHC delivered proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. During Run 2 (years 2015-2018) the LHC eventually reached a luminosity of 2.1 $\times$ 10$^{34}$ cm$^{-2}$ s$^{-1}$, almost three times that reached during Run 1 (2009-2013) and a factor of two larger than the LHC design value, leading to events with up to a mean of about 50 simultaneous inelastic proton-proton collisions per bunch crossing (pileup). The CMS Level-1 trigger was upgraded prior to 2016 to improve the selection of physics events in the challenging conditions posed by the second run of the LHC. This paper describes the performance of the CMS Level-1 trigger upgrade during the data taking period of 2016-2018. The upgraded trigger implements pattern recognition and boosted decision tree regression techniques for muon reconstruction, includes pileup subtraction for jets and energy sums, and incorporates pileup-dependent isolation requirements for electrons and tau leptons. In addition, the new trigger calculates high-level quantities such as the invariant mass of pairs of reconstructed particles. The upgrade reduces the trigger rate from background processes and improves the trigger efficiency for a wide variety of physics signals.

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 search for the resonant production of high-mass photon pairs is presented. The analysis is based on samples of proton-proton collision data collected by the CMS experiment at center-of-mass energies of 8 and 13 TeV, corresponding to integrated luminosities of 19.7 and 3.3 fb^{-1}, respectively. The interpretation of the search results focuses on spin-0 and spin-2 resonances with masses between 0.5 and 4 TeV and with widths, relative to the mass, between 1.4×10^{-4} and 5.6×10^{-2}. Limits are set on scalar resonances produced through gluon-gluon fusion, and on Randall-Sundrum gravitons. A modest excess of events compatible with a narrow resonance with a mass of about 750 GeV is observed. The local significance of the excess is approximately 3.4 standard deviations. The significance is reduced to 1.6 standard deviations once the effect of searching under multiple signal hypotheses is considered. More data are required to determine the origin of this excess.

A search is performed for third-generation scalar leptoquarks and heavy right-handed neutrinos in events containing one electron or muon, one hadronically decaying tau lepton, and at least two jets, using a sqrt(s) = 13 TeV pp collision data sample corresponding to an integrated luminosity of 12.9 inverse femtobarns collected with the CMS detector at the LHC in 2016. The number of observed events is found to be in agreement with the standard model prediction. A limit is set at 95% confidence level on the product of the leptoquark pair production cross section and beta squared where beta is the branching fraction of leptoquark decay to a tau lepton and a bottom quark. Assuming beta = 1, third-generation leptoquarks with masses below 850 GeV are excluded at 95% confidence level. An additional search based on the same event topology involves heavy right-handed neutrinos, N[R], and right-handed W bosons, W[R] , arising in a left-right symmetric extension of the standard model. In this search, W[R] bosons are assumed to decay to a tau lepton and N[R] followed by the decay of the N[R] to a tau lepton and an off-shell W[R] boson. Assuming the mass of the right-handed neutrino to be half of the mass of the right-handed W boson, W[R] boson masses below 2.9 TeV are excluded at 95% confidence level. These results improve on the limits from previous searches for third-generation leptoquarks and heavy right-handed neutrinos with tau leptons in the final state.