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1944年。京大物理学研究室で研究に励んでいた科学者・石村修(柳楽優弥)は、原爆の開発に参加する。核エネルギーの研究に没頭する一方で、科学者が兵器の開発に携わることに対する葛藤を抱えるように。そんな中、弟の裕之(三浦春馬)が戦地から一時帰宅し、兄弟がひそかに思いを寄せていた朝倉世津(有村架純)も、家を失ったために修の家で暮らすことになる。