This is a work about the quantum vacuum. Particularly, unstable vacuum states. These are modified (with respect to Minkowski) vacuum states in which the vacuum polarization effects are so extreme that they eventually dominate the system evolution — a mechanism called vacuum awakening in the gravitational scenario. In this doctoral thesis, we are interested in studying further this phenomenon. We shall focus on interactions between fields and matter that can trigger this sort of instability in two different contexts: analogue models for the vacuum awakening and quantum aspects of active dispersive media. In the former, we shall see that the electromagnetic field in the presence of anisotropic materials behaves as if it were nonminimally coupled to gravity, and we use this analogy to study a couple of scenarios where instability takes place. As for the latter, we shall establish a Lagrangian microscopic model for the interaction between field and matter that gives rise to an effective tachyonic mass, and motivated by this model, we shall quantize the electromagnetic field in the presence of bilayer systems that can sustain instability. Our findings include the appearance of long-range correlations and a new kind of quantum levitation.

Este é um trabalho sobre o vácuo quântico. Particularmente, estados de vácuo instáveis. Estes são estados de vácuo modificados (em relação a Minkowski) nos quais os efeitos de polarização são tão extremos que a partir de algum momento passam a ditar a evolução do sistema — mecanismo este chamado de despertar do vácuo no contexto gravitacional. Nesta tese de doutorado, nós estamos interessados em estudar outros aspectos deste fenômeno. Nós vamos nos focar em interações campo-matéria que são capazes de ativar este tipo de instabilidade em dois contextos diferentes: em modelos análogos para o despertar do vácuo e em aspectos quânticos de materiais dispersivos ativos. No primeiro, veremos que o campo eletromagnético na presença de materiais anisotrópicos se comporta como se estivesse não-minimalmente acoplado com a gravidade, e nós usaremos esta analogia para estudar exemplos onde esta instabilidade ocorre. No último tópico, vamos estabelecer um modelo microscópico lagrangiano para interação campo-matéria que contém uma massa taquiônica efetiva, e, usando este modelo como motivação, vamos quantizar o campo eletromagnético na presença de sistemas com dois planos de matéria paralelos que sustentam instabilidade. Nossos resultados incluem o surgimento de correlações de longo alcance e um novo tipo de levitação quântica.