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.

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.

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.

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.