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1945年の夏。軍の密命を受けた京都帝国大学・物理学研究室の若き科学者・石村修（柳楽優弥）と研究員たちは、原子核爆弾の研究開発を進めていた。研究に没頭する日々の中、建物疎開で家を失った幼馴染の朝倉世津（有村架純）が修の家に居候することに。時を同じくして、修の弟・裕之（三浦春馬）が戦地から一時帰郷し、久しぶりの再会を喜ぶ3人…。