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 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.

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.

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.

Normalized double-differential cross sections for top quark pair ([Formula: see text]) production are measured in pp collisions at a centre-of-mass energy of 8[Formula: see text] with the CMS experiment at the LHC. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 19.7[Formula: see text]. The measurement is performed in the dilepton [Formula: see text] final state. The [Formula: see text] cross section is determined as a function of various pairs of observables characterizing the kinematics of the top quark and [Formula: see text] system. The data are compared to calculations using perturbative quantum chromodynamics at next-to-leading and approximate next-to-next-to-leading orders. They are also compared to predictions of Monte Carlo event generators that complement fixed-order computations with parton showers, hadronization, and multiple-parton interactions. Overall agreement is observed with the predictions, which is improved when the latest global sets of proton parton distribution functions are used. The inclusion of the measured [Formula: see text] cross sections in a fit of parametrized parton distribution functions is shown to have significant impact on the gluon distribution.