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 are presented from a search for particle dark matter (DM), extra dimensions, and unparticles using events containing a jet and an imbalance in transverse momentum. The data were collected by the CMS detector in proton-proton collisions at the LHC and correspond to an integrated luminosity of 19.7 inverse femtobarns at a centre-of-mass energy of 8 TeV. The number of observed events is found to be consistent with the standard model prediction. Limits are placed on the DM-nucleon scattering cross section as a function of the DM particle mass for spin-dependent and spin-independent interactions. Limits are also placed on the scale parameter M[D] in the ADD model of large extra dimensions, and on the unparticle model parameter Lambda[U]. The constraints on ADD models and unparticles are the most stringent limits in this channel and those on the DM-nucleon scattering cross section are an improvement over previous collider results.

The CMS muon detector system, muon reconstruction software, and high-level trigger underwent significant changes in 2013–2014 in preparation for running at higher LHC collision energy and instantaneous luminosity. The performance of the modified system is studied using proton-proton collision data at center-of-mass energy √s=13 TeV, collected at the LHC in 2015 and 2016. The measured performance parameters, including spatial resolution, efficiency, and timing, are found to meet all design specifications and are well reproduced by simulation. Despite the more challenging running conditions, the modified muon system is found to perform as well as, and in many aspects better than, previously. We dedicate this paper to the memory of Prof. Alberto Benvenuti, whose work was fundamental for the CMS muon detector.

A study is presented of the mass and spin-parity of the new boson recently observed at the LHC at a mass near 125 GeV. An integrated luminosity of $17.3\text{ }\text{ }{\mathrm{fb}}^{\ensuremath{-}1}$, collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at center-of-mass energies of 7 and 8 TeV, is used. The measured mass in the $ZZ$ channel, where both $Z$ bosons decay to $e$ or $\ensuremath{\mu}$ pairs, is $126.2\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.6(\mathrm{stat})\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.2(\mathrm{syst})\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$. The angular distributions of the lepton pairs in this channel are sensitive to the spin-parity of the boson. Under the assumption of spin 0, the present data are consistent with the pure scalar hypothesis, while disfavoring the pure pseudoscalar hypothesis.

Measurements of two- and multi-particle angular correlations in pp collisions at s=5,7, and 13TeV are presented as a function of charged-particle multiplicity. The data, corresponding to integrated luminosities of 1.0pb−1 (5 TeV), 6.2pb−1 (7 TeV), and 0.7pb−1 (13 TeV), were collected using the CMS detector at the LHC. The second-order (v2) and third-order (v3) azimuthal anisotropy harmonics of unidentified charged particles, as well as v2 of KS0 and Λ/Λ‾ particles, are extracted from long-range two-particle correlations as functions of particle multiplicity and transverse momentum. For high-multiplicity pp events, a mass ordering is observed for the v2 values of charged hadrons (mostly pions), KS0, and Λ/Λ‾, with lighter particle species exhibiting a stronger azimuthal anisotropy signal below pT≈2GeV/c. For 13 TeV data, the v2 signals are also extracted from four- and six-particle correlations for the first time in pp collisions, with comparable magnitude to those from two-particle correlations. These observations are similar to those seen in pPb and PbPb collisions, and support the interpretation of a collective origin for the observed long-range correlations in high-multiplicity pp collisions.

The study of the spin-parity and tensor structure of the interactions of the recently discovered Higgs boson is performed using the $H\ensuremath{\rightarrow}ZZ,Z{\ensuremath{\gamma}}^{*},{\ensuremath{\gamma}}^{*}{\ensuremath{\gamma}}^{*}\ensuremath{\rightarrow}4\ensuremath{\ell}$, $H\ensuremath{\rightarrow}WW\ensuremath{\rightarrow}\ensuremath{\ell}\ensuremath{\nu}\ensuremath{\ell}\ensuremath{\nu}$, and $H\ensuremath{\rightarrow}\ensuremath{\gamma}\ensuremath{\gamma}$ decay modes. The full data set recorded by the CMS experiment during the LHC run 1 is used, corresponding to an integrated luminosity of up to $5.1\text{ }\text{ }{\mathrm{fb}}^{\ensuremath{-}1}$ at a center-of-mass energy of 7 TeV and up to $19.7\text{ }\text{ }{\mathrm{fb}}^{\ensuremath{-}1}$ at 8 TeV. A wide range of spin-two models is excluded at a 99% confidence level or higher, or at a 99.87% confidence level for the minimal gravitylike couplings, regardless of whether assumptions are made on the production mechanism. Any mixed-parity spin-one state is excluded in the $ZZ$ and $WW$ modes at a greater than 99.999% confidence level. Under the hypothesis that the resonance is a spin-zero boson, the tensor structure of the interactions of the Higgs boson with two vector bosons $ZZ$, $Z\ensuremath{\gamma}$, $\ensuremath{\gamma}\ensuremath{\gamma}$, and $WW$ is investigated and limits on eleven anomalous contributions are set. Tighter constraints on anomalous $HVV$ interactions are obtained by combining the $HZZ$ and $HWW$ measurements. All observations are consistent with the expectations for the standard model Higgs boson with the quantum numbers ${J}^{\mathrm{PC}}={0}^{++}$.

Results are presented from a search for the rare decays Bs(0)→μ+ μ- and B(0)→μ+ μ- in pp collisions at sqrt[s]=7 and 8 TeV, with data samples corresponding to integrated luminosities of 5 and 20 fb(-1), respectively, collected by the CMS experiment at the LHC. An unbinned maximum-likelihood fit to the dimuon invariant mass distribution gives a branching fraction B(Bs(0)→μ+ μ-)=(3.0(-0.9)(+1.0))×10(-9), where the uncertainty includes both statistical and systematic contributions. An excess of Bs(0)→μ+ μ- events with respect to background is observed with a significance of 4.3 standard deviations. For the decay B(0)→μ+ μ- an upper limit of B(B(0)→μ+ μ-)<1.1×10(-9) at the 95% confidence level is determined. Both results are in agreement with the expectations from the standard model.

A bstract A search for the standard model Higgs boson decaying to a W-boson pair at the LHC is reported. The event sample corresponds to an integrated luminosity of 4.9 fb −1 and 19.4 fb −1 collected with the CMS detector in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 7 and 8 TeV, respectively. The Higgs boson candidates are selected in events with two or three charged leptons. An excess of events above background is observed, consistent with the expectation from the standard model Higgs boson with a mass of around 125 GeV. The probability to observe an excess equal or larger than the one seen, under the background-only hypothesis, corresponds to a significance of 4.3 standard deviations for m H = 125.6 GeV. The observed signal cross section times the branching fraction to WW for m H = 125.6 GeV is $ 0.72_{-0.18}^{+0.20 } $ times the standard model expectation. The spin-parity J P = 0 + hypothesis is favored against a narrow resonance with J P = 2 + or J P = 0 − that decays to a W-boson pair. This result provides strong evidence for a Higgs-like boson decaying to a W-boson pair.

The observation of the standard model (SM) Higgs boson decay to a pair of bottom quarks is presented. The main contribution to this result is from processes in which Higgs bosons are produced in association with a W or Z boson (VH), and are searched for in final states including 0, 1, or 2 charged leptons and two identified bottom quark jets. The results from the measurement of these processes in a data sample recorded by the CMS experiment in 2017, comprising 41.3 fb^{-1} of proton-proton collisions at sqrt[s]=13 TeV, are described. When combined with previous VH measurements using data collected at sqrt[s]=7, 8, and 13 TeV, an excess of events is observed at m_{H}=125 GeV with a significance of 4.8 standard deviations, where the expectation for the SM Higgs boson is 4.9. The corresponding measured signal strength is 1.01±0.22. The combination of this result with searches by the CMS experiment for H→bb[over ¯] in other production processes yields an observed (expected) significance of 5.6 (5.5) standard deviations and a signal strength of 1.04±0.20.