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.

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 ${J}^{\mathrm{PC}}={0}^{++}$.

New sets of CMS underlying-event parameters ("tunes") are presented for the pythia8 event generator. These tunes use the NNPDF3.1 parton distribution functions (PDFs) at leading (LO), next-to-leading (NLO), or next-to-next-to-leading (NNLO) orders in perturbative quantum chromodynamics, and the strong coupling evolution at LO or NLO. Measurements of charged-particle multiplicity and transverse momentum densities at various hadron collision energies are fit simultaneously to determine the parameters of the tunes. Comparisons of the predictions of the new tunes are provided for observables sensitive to the event shapes at LEP, global underlying event, soft multiparton interactions, and double-parton scattering contributions. In addition, comparisons are made for observables measured in various specific processes, such as multijet, Drell-Yan, and top quark-antiquark pair production including jet substructure observables. The simulation of the underlying event provided by the new tunes is interfaced to a higher-order matrix-element calculation. For the first time, predictions from pythia8 obtained with tunes based on NLO or NNLO PDFs are shown to reliably describe minimum-bias and underlying-event data with a similar level of agreement to predictions from tunes using LO PDF sets.

Searches for the direct electroweak production of supersymmetric charginos, neutralinos, and sleptons in a variety of signatures with leptons and $$\mathrm{W}$$ , $$\mathrm{Z}$$ , and Higgs bosons are presented. Results are based on a sample of proton-proton collision data collected at center-of-mass energy $$\sqrt{s}=8\,\mathrm{TeV}$$ with the CMS detector in 2012, corresponding to an integrated luminosity of 19.5 $$\,\text {fb}^\text {-1}$$ . The observed event rates are in agreement with expectations from the standard model. These results probe charginos and neutralinos with masses up to 720 $$\,\text {GeV}$$ , and sleptons up to 260 $$\,\text {GeV}$$ , depending on the model details.

The first direct search for lepton-flavour-violating decays of the recently discovered Higgs boson (H) is described. The search is performed in the H to mu tau[e] and H to mu tau[h] channels, where tau[e] and tau[h] are tau leptons reconstructed in the electronic and hadronic decay channels, respectively. The data sample used in this search was collected in pp collisions at a centre-of-mass energy of sqrt(s) = 8 TeV with the CMS experiment at the CERN LHC and corresponds to an integrated luminosity of 19.7 inverse femtobarns. The sensitivity of the search is an order of magnitude better than the existing indirect limits. A slight excess of signal events with a significance of 2.4 standard deviations is observed. The p-value of this excess at M[H] = 125 GeV is 0.010. The best fit branching fraction is B(H to mu tau) = (0.84 +0.39 -0.37)%. A constraint on the branching fraction, B(H to mu tau) < 1.51% at 95% confidence level is set. This limit is subsequently used to constrain the mu-tau Yukawa couplings to be less than 3.6E-3.

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.

The normalized differential cross section for top quark pair ([Formula: see text]) production is measured in pp collisions at a centre-of-mass energy of 8[Formula: see text] at the CERN LHC using the CMS detector in data corresponding to an integrated luminosity of 19.7[Formula: see text]. The measurements are performed in the lepton[Formula: see text]jets ([Formula: see text][Formula: see text]jets) and in the dilepton ([Formula: see text], [Formula: see text], and [Formula: see text]) decay channels. The [Formula: see text] cross section is measured as a function of the kinematic properties of the charged leptons, the jets associated to b quarks, the top quarks, and the [Formula: see text] system. The data are compared with several predictions from perturbative quantum chromodynamic up to approximate next-to-next-to-leading-order precision. No significant deviations are observed relative to the standard model predictions.

The second-order azimuthal anisotropy Fourier harmonics, v2, are obtained in p-Pb and PbPb collisions over a wide pseudorapidity (η) range based on correlations among six or more charged particles. The p-Pb data, corresponding to an integrated luminosity of 35 nb-1, were collected during the 2013 LHC p-Pb run at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV by the CMS experiment. A sample of semiperipheral PbPb collision data at √sNN=2.76 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 2.5 μb-1 and covering a similar range of particle multiplicities as the p-Pb data, is also analyzed for comparison. The six- and eight-particle cumulant and the Lee-Yang zeros methods are used to extract the v2 coefficients, extending previous studies of two- and four-particle correlations. For both the p-Pb and PbPb systems, the v2 values obtained with correlations among more than four particles are consistent with previously published four-particle results. These data support the interpretation of a collective origin for the previously observed long-range (large Δη) correlations in both systems. The ratios of v2 values corresponding to correlations including different numbers of particles are compared to theoretical predictions that assume a hydrodynamic behavior of a p-Pb system dominated by fluctuations in the positions of participant nucleons. These results provide new insights into the multiparticle dynamics of collision systems with a very small overlapping region.