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.

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.

Properties of the Higgs boson with mass near 125 $$\,\text {GeV}$$ are measured in proton-proton collisions with the CMS experiment at the LHC. Comprehensive sets of production and decay measurements are combined. The decay channels include $$\gamma \gamma $$ , $$\mathrm{Z}\mathrm{Z}$$ , $$\mathrm{W}\mathrm{W}$$ , $$\tau \tau $$ , $$\mathrm{b} \mathrm{b} $$ , and $$\mu \mu $$ pairs. The data samples were collected in 2011 and 2012 and correspond to integrated luminosities of up to 5.1 $$\,\text {fb}^\text {-1}$$ at 7 $$\,\text {TeV}$$ and up to 19.7 $$\,\text {fb}^\text {-1}$$ at 8 $$\,\text {TeV}$$ . From the high-resolution $$\gamma \gamma $$ and $$\mathrm{Z}\mathrm{Z}$$ channels, the mass of the Higgs boson is determined to be $$125.02\,^{+0.26}_{-0.27} \,\text {(stat)} \,^{+0.14}_{-0.15} \,\text {(syst)} \,\text {GeV} $$ . For this mass value, the event yields obtained in the different analyses tagging specific decay channels and production mechanisms are consistent with those expected for the standard model Higgs boson. The combined best-fit signal relative to the standard model expectation is $$1.00\,\pm 0.09\,\text {(stat)} \,^{+0.08}_{-0.07}\,\text {(theo)} \,\pm 0.07\,\text {(syst)} $$ at the measured mass. The couplings of the Higgs boson are probed for deviations in magnitude from the standard model predictions in multiple ways, including searches for invisible and undetected decays. No significant deviations are found.

Combined results are reported from searches for the standard model Higgs boson in proton-proton collisions at sqrt(s)=7 TeV in five Higgs boson decay modes: gamma pair, b-quark pair, tau lepton pair, W pair, and Z pair. The explored Higgs boson mass range is 110-600 GeV. The analysed data correspond to an integrated luminosity of 4.6-4.8 inverse femtobarns. 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 3.1 sigma, is observed for a Higgs boson mass hypothesis of 124 GeV. The global significance of observing an excess with a local significance greater than 3.1 sigma anywhere in the search range 110-600 (110-145) GeV is estimated to be 1.5 sigma (2.1 sigma). More data are required to ascertain the origin of this excess.

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, η, and full azimuth, ϕ, as a function of charged particle multiplicity and particle transverse momentum, pT. In high-multiplicity events, a long-range (2<|Δη|<4), near-side (Δϕ≈0) structure emerges in the two-particle Δη–Δϕ 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 s=7TeV 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=1–1.5GeV/c 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.

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.

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.

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.

New sets of parameters (“tunes”) for the underlying-event (UE) modelling of the pythia8, pythia6 and herwig++ Monte Carlo event generators are constructed using different parton distribution functions. Combined fits to CMS UE proton–proton ( $$\mathrm {p}\mathrm {p}$$ ) data at $$\sqrt{s} = 7\,\text {TeV} $$ and to UE proton–antiproton ( $$\mathrm {p}\overline{\mathrm{p}} $$ ) data from the CDF experiment at lower $$\sqrt{s}$$ , are used to study the UE models and constrain their parameters, providing thereby improved predictions for proton–proton collisions at 13 $$\,\text {TeV}$$ . In addition, it is investigated whether the values of the parameters obtained from fits to UE observables are consistent with the values determined from fitting observables sensitive to double-parton scattering processes. Finally, comparisons are presented of the UE tunes to “minimum bias” (MB) events, multijet, and Drell–Yan ( $$ \mathrm{q} \overline{\mathrm{q}} \rightarrow \mathrm{Z}/ \gamma ^* \rightarrow $$ lepton-antilepton+jets) observables at 7 and 8 $$\,\text {TeV}$$ , as well as predictions for MB and UE observables at 13 $$\,\text {TeV}$$ .