CMS实验的名称是紧凑型缪子螺线管（Compact Muon Solenoid）的英文缩写，是欧洲核子研究组织的大型强子对撞机（LHC）上的一项通用粒子物理学实验。这个名称既指安装在法国塞西附近的探测器，也指负责建造、运行该探测器并分析其数据的国际合作团队。CMS研究标准模型，包括其中的希格斯玻色子，并寻找超出这一理论框架的现象。它与独立设计的ATLAS实验一道，对高能粒子碰撞开展互为补充的测量。(home.cern)
起源与建造
CMS的初步构想于1990年10月在德国亚琛举行的一次研讨会上提出。1992年10月1日，合作团队向欧洲核子研究组织的LHC委员会正式提交了意向书，当时已有来自23个国家的近500名科学家参与。合作团队将此次提交视为实验创立的里程碑。其设计以强大的超导螺线管、精密的带电粒子径迹探测、电磁能量测量和大范围的缪子探测为核心。(cms.cern)
CMS先在地面上组装成15个大型部件，再将这些部件吊入地下洞室，重新组装。这种方式使探测器的建造进度不必完全受制于地下场地的使用条件。建成后的装置长约21米、直径约15米，总重量约为14,000吨。名称中的“紧凑”指的是高度集成的布局，而不是说它的实际尺寸很小。(home.cern)
探测器结构
CMS由围绕束流碰撞点层层嵌套的探测系统组成。中央螺线管利用超导现象产生约4特斯拉的磁场。带电粒子在这个磁场中沿弯曲轨迹运动，因此可以通过径迹测量确定其动量。线圈外围环绕着巨大的钢制回磁轭，用于引导磁通。径迹探测器和主要量能器均位于螺线管内部，这是该设计的一项标志性特征。(cms.cern)
最内层的硅径迹探测器记录带电粒子沿运动轨迹经过的一系列位置。在其外侧，两套量能器系统测量粒子沉积的能量。电磁量能器采用钨酸铅闪烁晶体测量电子和光子。强子量能器测量主要由强子产生的粒子簇射，提供与径迹测量互补的信息。这些系统共同用于识别粒子，并确定碰撞后产生的能量分布。(cms.cern)
缪子在探测器材料中的穿透距离，远大于碰撞中产生的大多数其他带电粒子。因此，专用缪子探测室被布置在螺线管外侧，与钢制回磁轭交错排列。将这些探测室的测量结果与内层硅探测器记录的径迹结合，可以提高粒子识别和动量测定的精度。这种布局使CMS能够对缪子轨迹进行多次独立测量，这对于辨认包含缪子对的衰变特征十分重要。(cmsexperiment.web.cern.ch)
事例筛选与重建
LHC的粒子束团交会频率最高可达每秒4,000万次，远远超出连续存储完整探测器信息的能力。CMS采用两级触发架构：先由快速硬件系统进行初步筛选，再由基于软件的高层触发系统开展更详细的重建。触发条件用于选出包含潜在有用特征的事例，例如高能轻子、光子或粒子喷注。这一筛选过程必然会影响哪些碰撞事例能够进入后续分析。(cms.cern)
一种核心重建方法是粒子流重建，它综合不同子系统的信息，识别单个末态粒子。随后，这些重建出的粒子被组合成粒子喷注和其他物理对象。它们的横向动量平衡也可用于探测未被直接探测到的粒子，包括中微子。缺失横向动量本身并不能确定粒子的身份；解释这一信号时，必须考虑探测器响应和事例中的其他信息。(arxiv.org)
CMS也开发了基于机器学习的重建方法。其中一些方法对探测器信号进行整体分析，生成事例的粒子流描述，以应对将大量测量结果与产生这些信号的粒子相对应这一复杂问题。(cms-results.web.cern.ch)
物理研究计划与希格斯粒子的发现
2012年7月4日，CMS和ATLAS宣布观测到一种新玻色子，与理论预言的希格斯粒子相符。CMS报告，在质量约为125 GeV/c²的位置观测到了超出预期背景的信号，统计显著性达到五个标准差。CMS的发现分析使用了质心能量为7和8太电子伏特的质子—质子碰撞数据。其中，双光子和双Z玻色子通道提供了尤为精确的质量信息。(cms.cern)
后续测量确认，该粒子的性质与希格斯玻色子相符。CMS研究它的产生率、衰变概率以及与其他粒子的相互作用。涉及顶夸克、底夸克和τ轻子的观测用于检验这些粒子如何与希格斯场相互作用，而涉及W和Z玻色子的测量则用于研究电弱领域。(home.cern)
除希格斯研究外，CMS还寻找新粒子以及可能构成暗物质的粒子。其重离子研究计划探索夸克—胶子等离子体，这是一种高温、高密度的强相互作用物质状态。通过测量粒子产生和喷注能量损失，可以研究高能夸克和胶子如何与这种介质相互作用。(home.cern)
探测器升级
CMS的第二阶段升级计划旨在为高亮度大型强子对撞机的运行做好准备。更高的碰撞频率会带来更多相互重叠的相互作用，以及更大的累积辐射剂量。该计划包括更换硅径迹探测器、安装高细粒度端盖量能器、增设缪子探测设备，以及安装精密时间测量探测器。这些系统旨在显著更严苛的条件下保持粒子识别与重建性能，其中时间信息有助于区分空间位置相近、但发生时间不同的碰撞。(arxiv.org)