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.

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.

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.

The properties of a Higgs boson candidate are measured in the $H\ensuremath{\rightarrow}ZZ\ensuremath{\rightarrow}4\ensuremath{\ell}$ decay channel, with $\ensuremath{\ell}=e$, $\ensuremath{\mu}$, using data from $pp$ collisions corresponding to an integrated luminosity of $5.1\text{ }\text{ }{\mathrm{fb}}^{\ensuremath{-}1}$ at the center-of-mass energy of $\sqrt{s}=7\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}$ and $19.7\text{ }\text{ }{\mathrm{fb}}^{\ensuremath{-}\text{1}}$ at $\sqrt{s}=8\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}$, recorded with the CMS detector at the LHC. The new boson is observed as a narrow resonance with a local significance of 6.8 standard deviations, a measured mass of $125.6\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.4(\text{stat})\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.2(\text{syst})\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$, and a total width $\ensuremath{\le}3.4\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$ at the 95% confidence level. The production cross section of the new boson times its branching fraction to four leptons is measured to be ${0.93}_{\ensuremath{-}0.23}^{+0.26}{(\text{stat})}_{\ensuremath{-}0.09}^{+0.13}(\text{syst})$ times that predicted by the standard model. Its spin-parity properties are found to be consistent with the expectations for the standard-model Higgs boson. The hypotheses of a pseudoscalar and all tested spin-1 boson hypotheses are excluded at the 99% confidence level or higher. All tested spin-2 boson hypotheses are excluded at the 95% confidence level or higher.

A joint measurement is presented of the branching fractions $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ and $B^0\to\mu^+\mu^-$ in proton-proton collisions at the LHC by the CMS and LHCb experiments. The data samples were collected in 2011 at a centre-of-mass energy of 7 TeV, and in 2012 at 8 TeV. The combined analysis produces the first observation of the $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ decay, with a statistical significance exceeding six standard deviations, and the best measurement of its branching fraction so far. Furthermore, evidence for the $B^0\to\mu^+\mu^-$ decay is obtained with a statistical significance of three standard deviations. The branching fraction measurements are statistically compatible with SM predictions and impose stringent constraints on several theories beyond the SM.

The transverse momentum spectra of charged particles have been measured in pp and PbPb collisions at $\sqrt{s_{NN}}=2.76~\mathrm{TeV}$ by the CMS experiment at the LHC. In the transverse momentum range p T=5–10 GeV/c, the charged particle yield in the most central PbPb collisions is suppressed by up to a factor of 7 compared to the pp yield scaled by the number of incoherent nucleon–nucleon collisions. At higher p T, this suppression is significantly reduced, approaching roughly a factor of 2 for particles with p T in the range p T=40–100 GeV/c.

Measurements of two- and four-particle angular correlations for charged particles emitted in pPb collisions are presented over a wide range in pseudorapidity and full azimuth. The data, corresponding to an integrated luminosity of approximately 31 inverse nanobarns, were collected during the 2013 LHC pPb run at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV by the CMS experiment. The results are compared to 2.76 TeV semi-peripheral PbPb collision data, collected during the 2011 PbPb run, covering a similar range of particle multiplicities. The observed correlations are characterized by the near-side (abs(Delta(phi)~0) associated pair yields and the azimuthal anisotropy Fourier harmonics (v[n]). The second-order (v[2]) and third-order (v[3]) anisotropy harmonics are extracted using the two-particle azimuthal correlation technique. A four-particle correlation method is also applied to obtain the value of v[2] and further explore the multi-particle nature of the correlations. Both associated pair yields and anisotropy harmonics are studied as a function of particle multiplicity and transverse momentum. The associated pair yields, the four-particle v[2], and the v[3] become apparent at about the same multiplicity. A remarkable similarity in the v[3] signal as a function of multiplicity is observed between the pPb and PbPb systems. Predictions based on the color glass condensate and hydrodynamic models are compared to the experimental results.